Günümüzde elektronik devrelerin çoğu baskılı devre kartları kullanılarak yapılmaktadır. Baskılı devre kartı üretim teknolojilerini kullanarak, çeşitli işlevsel amaçlara ve entegrasyon derecelerine sahip bileşenleri içeren hibrit modüller olan prefabrik mikroelektronik bileşenler de üretilmektedir. Çok katmanlı baskılı devre kartları ve yüksek düzeyde entegrasyona sahip elektronik bileşenler, elektronik ve bilgisayar bileşenlerinin ağırlık ve boyut özelliklerinin azaltılmasını mümkün kılar. Artık baskılı devre kartının yaşı yüz yıldan fazladır.

Baskılı devre kartı

Bu (İngilizce PCB - baskılı devre kartı)- yüzeyinde, modüller ve entegre devreler dahil olmak üzere monte edilmiş radyo elemanlarını bağlamak için temas pedleri olan ince elektriksel olarak iletken şeritlerin (baskılı iletkenler) bir şekilde yerleştirildiği, elektrik yalıtım malzemesinden (getinax, textolite, fiberglas ve diğer benzer dielektrikler) yapılmış bir plaka uygulamalı. Bu ifade Politeknik Sözlüğünden kelimesi kelimesine alınmıştır.

Daha evrensel bir formülasyon var:

Baskılı devre kartı, yalıtkan bir taban üzerinde sabit elektrik ara bağlantılarının tasarımını ifade eder.

Baskılı devre kartının ana yapısal elemanları, yüzeyinde iletkenlerin bulunduğu dielektrik bir tabandır (sert veya esnek). Dielektrik taban ve iletkenler bir baskılı devre kartının baskılı devre kartı olabilmesi için gerekli ve yeterli elemanlardır. Bileşenleri monte etmek ve bunları iletkenlere bağlamak için ek elemanlar kullanılır: kontak pedleri, metalize geçiş ve montaj delikleri, konektör lamelleri, ısı giderme alanları, ekranlama ve akım taşıyan yüzeyler vb.

Baskılı devre kartlarına geçiş, elektronik ekipman tasarımı alanında niteliksel bir sıçramaya işaret ediyordu. Baskılı devre kartı, radyo elemanlarının taşıyıcısının işlevlerini ve bu elemanların elektrik bağlantısını birleştirir. İletkenler ile baskılı devre kartının diğer iletken elemanları arasında yeterli düzeyde bir yalıtım direnci sağlanmadığı takdirde ikinci işlev gerçekleştirilemez. Bu nedenle PCB substratı bir yalıtkan görevi görmelidir.

Tarihsel referans

1920'li ve 1930'lu yıllarda baskılı devre kartı tasarımları ve bunları yapma yöntemleri için birçok patent verildi. Baskılı devre kartlarını üretmenin ilk yöntemleri ağırlıklı olarak katkısal kaldı (Thomas Edison'un fikirlerinin gelişimi). Ancak modern haliyle baskılı devre kartı, matbaa endüstrisinden ödünç alınan teknolojilerin kullanılması sayesinde ortaya çıktı. Baskılı devre kartı, İngilizce baskı terimi baskı plakasından (“baskı plakası” veya “matris”) doğrudan bir çeviridir. Bu nedenle Avusturyalı mühendis Paul Eisler, "baskılı devre kartlarının gerçek babası" olarak kabul edilir. Baskılı devre kartlarının seri üretiminde baskı (çıkarma) teknolojilerinin kullanılabileceği sonucuna varan ilk kişi oydu. Çıkarımsal teknolojilerde gereksiz parçalar çıkarılarak görüntü oluşturulur. Paul Eisler, bakır folyonun galvanik biriktirilmesi ve bunun ferrik klorür ile aşındırılması teknolojisini geliştirdi. Baskılı devre kartlarının seri üretimine yönelik teknolojiler, İkinci Dünya Savaşı sırasında zaten talep görüyordu. Ve 1950'lerin ortalarından itibaren, yalnızca askeri değil, aynı zamanda evsel amaçlar için de radyo ekipmanı için yapıcı bir temel olarak baskılı devre kartlarının oluşumu başladı.

PCB malzemeleri

Baskılı devre kartları için temel dielektrikler

Hem tek katmanlı hem de çok katmanlı baskılı devre kartlarına yönelik malzeme parametrelerinin bilgisi, bunların kullanımına katılan herkes için, özellikle de yüksek hıza ve mikrodalgalara sahip cihazlar için baskılı devre kartları için önemlidir. MPP'yi tasarlarken geliştiriciler aşağıdaki görevlerle karşı karşıya kalır:
- karttaki iletkenlerin dalga direncinin hesaplanması;
- katmanlar arası yüksek voltaj yalıtımının değerinin hesaplanması;
- kör ve gizli deliklerin yapısının seçimi.
Mevcut seçenekler ve kalınlıklar çeşitli malzemeler Tablo 2-6'da verilmiştir. Malzemenin kalınlığına ilişkin toleransın genellikle ±%10'a kadar olduğu, dolayısıyla bitmiş çok katmanlı levhanın kalınlığına ilişkin toleransın ±%10'dan az olamayacağı dikkate alınmalıdır.

Tg - cam geçiş sıcaklığı (yapı tahribatı)

Dk - dielektrik sabiti

Mikrodalga baskılı devre kartları için temel dielektrikler

Baskılı devre kartlarının tipik tasarımları standart fiberglas tipinin kullanımına dayanmaktadır. FR4-50 ila +110 °C çalışma sıcaklığı ve yaklaşık 135 °C cam geçiş sıcaklığı Tg (yumuşama) ile.
Isı direncine yönelik artan gereksinimler varsa veya levhalar kurşunsuz teknolojili bir fırına (260 °C'ye kadar) monte edilirken, yüksek sıcaklık FR4 Yüksek Tg veya FR5.
Yüksek sıcaklıklarda veya ani sıcaklık değişimlerinde sürekli çalışma gerekliliği varsa kullanılır. poliimid. Ayrıca poliimid, askeri uygulamalar için yüksek güvenilirliğe sahip devre kartlarının üretiminde ve ayrıca elektriksel dayanıklılığın arttırılmasının gerekli olduğu durumlarda kullanılır.
olan panolar için Mikrodalga devreleri(2 GHz üzeri) ayrı katmanlar kullanılır mikrodalga malzemesi veya tahta tamamen mikrodalga malzemeden yapılmıştır. Özel malzemelerin en tanınmış tedarikçileri Rogers, Arlon, Taconic, Dupont'tur. Bu malzemelerin maliyeti FR4'ten daha yüksektir ve FR4'ün maliyetine göre tablonun sondan bir önceki sütununda koşullu olarak gösterilir.

* Dk - dielektrik sabiti

Dk - dielektrik sabiti

PCB ped kaplamaları

Çoğu zaman siteler kalay-kurşun alaşımı veya PIC ile kaplanır. Lehim yüzeyini uygulama ve tesviye etme yöntemine HAL veya HASL denir (İngilizce Sıcak Hava Lehim Tesviyesi - lehimin sıcak hava ile tesviye edilmesinden). Bu kaplama pedlerin en iyi lehimlenebilirliğini sağlar. Ancak bunun yerini, genellikle uluslararası RoHS direktifinin gereklilikleriyle uyumlu olan daha modern kaplamalar alıyor.

Bu direktif, varlığın yasaklanmasını gerektirir. zararlı maddelerÜrünlerde kurşun dahil. RoHS şu ana kadar ülkemiz toprakları için geçerli değil ancak varlığını hatırlamakta fayda var.

MPP sahalarını kapsamaya yönelik olası seçenekler Tablo 7'de verilmiştir.

HASL aksi gerekmedikçe her yerde kullanılır.

Daldırma (kimyasal) yaldız daha düzgün bir tahta yüzeyi sağlamak için kullanılır (bu özellikle BGA pedleri için önemlidir), ancak lehimlenebilirliği biraz daha düşüktür. Fırında lehimleme HASL ile hemen hemen aynı teknoloji kullanılarak gerçekleştirilir, ancak elle lehimleme özel eritkenlerin kullanılmasını gerektirir. Organik kaplama veya OSP, bakır yüzeyini oksidasyondan korur. Dezavantajı lehimlenebilirliğin kısa raf ömrüdür (6 aydan az).

Daldırma kalay sağlar düz yüzey ve lehimleme için sınırlı bir raf ömrüne sahip olmasına rağmen iyi lehimlenebilirlik. Kurşunsuz HAL, kurşun içeren HAL ile aynı özelliklere sahiptir ancak lehimin bileşimi yaklaşık olarak %99,8 kalay ve %0,2 katkı maddelerinden oluşur.

Blade konnektör kontakları Levhanın çalışması sırasında sürtünmeye maruz kalan parçalar daha kalın ve daha sert bir altın tabakasıyla elektrolizle kaplanır. Her iki yaldız türünde de altının yayılmasını önlemek için nikel bir alt katman kullanılır.

Not: HASL dışındaki tüm kaplamalar RoHS uyumludur ve kurşunsuz lehimlemeye uygundur.

Koruyucu ve diğer baskılı devre kartı kaplamaları

Koruyucu kaplamalar, lehimleme amaçlı olmayan iletken yüzeylerini yalıtmak için kullanılır.

Resmi tamamlamak için baskılı devre kartı kaplamalarının işlevsel amacını ve malzemelerini ele alalım.

1. Lehim maskesi - İletkenleri kazara kısa devrelerden ve kirden korumak ve ayrıca fiberglas laminatı lehimleme sırasında termal şoktan korumak için tahta yüzeyine uygulanır. Maske başka herhangi bir işlevsel yük taşımaz ve neme, küflenmeye, bozulmaya vb. karşı koruma görevi yapamaz (özel tip maskelerin kullanıldığı durumlar hariç).
2. İşaretleme - Kartın kendisinin ve üzerinde bulunan bileşenlerin tanımlanmasını kolaylaştırmak için karta bir maske üzerine boya ile uygulanır.
3. Maskeyi soy - örneğin lehimlemeye karşı geçici olarak korunması gereken panonun belirli alanlarına uygulanır. Kauçuğa benzer bir bileşik olduğundan ve kolayca soyulduğundan gelecekte çıkarılması kolaydır.
4. Karbon temas kaplaması - Klavyeler için temas alanları olarak tahtanın belirli yerlerine uygulanır. Kaplama iyi iletkenliğe sahiptir, oksitlenmez ve aşınmaya dayanıklıdır.
5. Grafit dirençli elemanlar - Dirençlerin işlevini yerine getirmek için tahtanın yüzeyine uygulanabilir. Ne yazık ki, mezheplerin doğruluğu düşüktür - ±%20'den daha doğru değildir (lazer ayarıyla - %5'e kadar).
6. Gümüş kontak jumper'ları - yönlendirme için yeterli alan olmadığında başka bir iletken katman oluşturarak ek iletkenler olarak uygulanabilir. Esas olarak tek katmanlı ve çift taraflı baskılı devre kartlarında kullanılır.

PCB tasarımı

Baskılı devre kartlarının en uzak öncülü, çoğunlukla yalıtılmış olan sıradan teldir. Önemli bir kusuru vardı. Yüksek titreşim koşullarında, onu REA'nın içine sabitlemek için ek mekanik elemanların kullanılması gerekiyordu. Bu amaçla, radyo elemanlarının monte edildiği taşıyıcılar, radyo elemanlarının kendileri ve ara bağlantılar ve sabitleme telleri için yapısal elemanlar kullanıldı. Bu hacimsel bir kurulumdur.

Baskılı devre kartları bu eksikliklerden muaftır. İletkenleri yüzeye sabitlenmiştir, konumları sabittir, bu da karşılıklı bağlantılarının hesaplanmasını mümkün kılar. Prensip olarak baskılı devre kartları artık düz yapılara yaklaşıyor.

Uygulamanın ilk aşamasında baskılı devre kartları tek taraflı veya çift taraflı iletken izlere sahipti.

Tek Taraflı PCB- bu, bir tarafında baskılı iletkenlerin bulunduğu bir plakadır. Çift taraflı baskılı devre kartlarında iletkenler aynı zamanda plakanın boş arka tarafını da kaplıyordu. Ve bunların bağlantısı için, metalize geçiş deliklerinin en yaygın olduğu çeşitli seçenekler önerilmiştir. En basit tek taraflı ve çift taraflı baskılı devre kartlarının tasarımının parçaları, Şekil 1'de gösterilmektedir. 1.

Çift Taraflı PCB- Tek taraflı olanlar yerine bunların kullanılması, düzlemden hacme geçişin ilk adımıydı. Kendimizi soyutlarsak (çift taraflı baskılı devre kartının alt tabakasını zihinsel olarak atarsak), üç boyutlu bir iletken yapısı elde ederiz. Bu arada bu adım oldukça hızlı atıldı. Albert Hanson'un uygulaması, iletkenleri alt tabakanın her iki tarafına yerleştirme ve bunları açık delikler kullanarak bağlama olasılığını zaten gösterdi.

Pirinç. 1. Baskılı devre kartlarının tasarım parçaları a) tek taraflı ve 6) çift taraflı: 1 - montaj deliği, 2 - kontak pedi, 3 - iletken, 4 - dielektrik alt tabaka, 5 - geçiş metalize delik

Elektroniğin daha da geliştirilmesi - mikroelektronik, çok pimli bileşenlerin kullanılmasına yol açtı (yongalar 200'den fazla pime sahip olabilir) ve elektronik bileşenlerin sayısı arttı. Buna karşılık, dijital mikro devrelerin kullanımı ve performanslarındaki artış, çok katmanlı dijital cihaz kartlarına (örneğin bilgisayarlar) özel koruyucu iletken katmanların dahil edildiği bileşenlere ekranlama ve güç dağıtımı için artan gereksinimlere yol açmıştır. Bütün bunlar, ara bağlantıların ve bunların karmaşıklığının artmasına, dolayısıyla katman sayısının artmasına neden oldu. Modern baskılı devre kartlarında bu sayı ondan çok daha fazla olabilir. Bir anlamda çok katmanlı PCB hacim kazandı.

Çok Katmanlı PCB Tasarımı

İlk, en yaygın seçenekte, levhanın iç katmanları "çekirdek" adı verilen çift taraflı bakır lamine cam elyafından oluşur. Dış katmanlar, "prepreg" adı verilen reçineli bir malzeme olan bir bağlayıcı kullanılarak iç katmanlarla preslenen bakır folyodan yapılır. Yüksek sıcaklıklarda preslendikten sonra, çok katmanlı bir baskılı devre kartının bir "pastası" oluşturulur ve burada delikler açılır ve metal kaplanır. Daha az yaygın ikinci seçenek dış katmanlar önceden emprenye edilerek bir arada tutulan "çekirdeklerden" oluştuğunda. Bu basitleştirilmiş bir açıklamadır; bu seçeneklere dayalı başka birçok tasarım vardır. Ancak temel prensip, prepreg'in katmanlar arasında bağlayıcı malzeme görevi görmesidir. Açıkçası, iki çift taraflı "çekirdeğin" bir ön emprenye ara parçası olmadan bitişik olduğu bir durum olamaz, ancak bir folyo-prepreg-folyo-prepreg... vb. yapı mümkündür ve genellikle karmaşık kombinasyonlara sahip levhalarda kullanılır. kör ve gizli delikler.

Çok katmanlı baskılı devre kartları artık fiyat açısından küresel baskılı devre kartı üretiminin üçte ikisini oluşturuyor, ancak nicelik açısından tek ve çift taraflı kartlardan daha düşükler.

Modern çok katmanlı bir baskılı devre kartının tasarımının şematik (basitleştirilmiş) bir parçası, Şekil 2'de gösterilmektedir. 2. Bu tür baskılı devre kartlarındaki iletkenler yalnızca yüzeye değil aynı zamanda alt tabakanın hacmine de yerleştirilir. Aynı zamanda iletkenlerin birbirine göre katman düzeni de korunmuştur (düzlemsel baskı teknolojilerinin kullanılmasının bir sonucu). Baskılı devre kartlarının ve bunların elemanlarının (tek taraflı, çift taraflı, çok katmanlı vb.) adlarında katmanlama kaçınılmaz olarak mevcuttur. Katmanlama aslında bu tasarıma karşılık gelen baskılı devre kartlarının tasarımını ve üretim teknolojilerini yansıtır.

Pirinç. 2. Çok katmanlı bir baskılı devre kartının tasarımının parçası: 1 - metalize delik, 2 - kör mikrovia, 3 - gizli mikrovia, 4 - katmanlar, 5 - gizli ara katman delikleri, 6 - temas pedleri

Gerçekte, çok katmanlı baskılı devre kartlarının tasarımı Şekil 2'de gösterilenlerden farklıdır. 2.

Yapısı itibariyle MPP'ler, üretim teknolojilerinin çok daha karmaşık olması gibi, çift taraflı kartlara göre çok daha karmaşıktır. Ve yapılarının kendisi, Şekil 2'de gösterilenden önemli ölçüde farklıdır. 2. Ek koruma katmanlarının (toprak ve güç) yanı sıra çeşitli sinyal katmanlarını içerirler.

Gerçekte şöyle görünüyorlar:

a) Şematik olarak	MPP katmanları arasında geçişi sağlamak için ara katmanlar ve mikro yollar kullanılır (Şekil 1). 3 A. Formda katmanlar arası geçişler yapılabilir Deliklere doğru dış katmanların birbirine ve iç katmanlara bağlanması. Kör ve gizli geçitler de kullanılmaktadır. Kör geçiş, panelin yalnızca üst veya alt tarafından görülebilen metalize bir bağlantı kanalıdır. Gizli vialar kartın iç katmanlarını birbirine bağlamak için kullanılır. Kullanımları, panoların düzenini önemli ölçüde basitleştirmeyi mümkün kılar; örneğin, 12 katmanlı bir MPP tasarımı, eşdeğer 8 katmanlı bir tasarıma indirgenebilir. anahtarlama Microvia'lar özellikle yüzeye montaj, kontak pedlerini ve sinyal katmanlarını bağlamak için geliştirilmiştir.
c) 3D görünümde netlik sağlamak için	Çok katmanlı baskılı devre kartlarının üretimi için, folyo ile lamine edilmiş birkaç dielektrik, yapışkan contalar - prepregler kullanılarak birbirine bağlanır. Şekil 3.c'de ön emprenye beyaz renkle gösterilmiştir. Prepreg, termal presleme sırasında çok katmanlı bir baskılı devre kartının katmanlarını birbirine yapıştırır. Çok katmanlı baskılı devre kartlarının toplam kalınlığı, sinyal katmanlarının sayısıyla orantısız bir şekilde hızlı bir şekilde artar. Bu bağlamda, deliklerin tamamen metalleştirilmesi işlemi için çok katı bir parametre olan, levhanın kalınlığının açık deliklerin çapına olan büyük oranının dikkate alınması gerekir. Bununla birlikte, küçük çaplı açık deliklerin metalleştirilmesiyle ilgili zorluklar göz önüne alındığında bile, çok katmanlı baskılı devre kartı üreticileri, daha az sayıda yüksek yoğunluklu katman yerine daha fazla sayıda nispeten ucuz katman yoluyla yüksek ambalaj yoğunluğu elde etmeyi tercih eder, ancak bu nedenle, daha pahalı katmanlar.
İle) Çizim 3	Şekil 3.c, çok katmanlı bir baskılı devre kartının katmanlarının, kalınlıklarını gösteren yaklaşık yapısını göstermektedir.

Vladimir Urazaev [L.12] mikroelektronikteki tasarımların ve teknolojilerin gelişiminin, teknik sistemlerin geliştirilmesine ilişkin nesnel olarak mevcut yasaya uygun olarak ilerlediğine inanmaktadır: nesnelerin yerleştirilmesi veya hareketi ile ilgili sorunlar, bir noktadan bir çizgiye, bir çizgiden bir çizgiye hareket ettirilerek çözülür. düzlem, düzlemden üç boyutlu uzaya.

Baskılı devre kartlarının bu yasaya uyması gerektiğini düşünüyorum. Bu tür çok seviyeli (sonsuz seviyeli) baskılı devre kartlarının uygulanması potansiyel bir olasılıktır. Bu, baskılı devre kartlarının üretiminde lazer teknolojilerinin kullanılmasına ilişkin zengin deneyim, polimerlerden üç boyutlu nesneler oluşturmak için lazer stereolitografinin kullanılmasına ilişkin eşit derecede zengin deneyim, temel malzemelerin termal direncini artırma eğilimi vb. ile kanıtlanmaktadır. Açıkçası , bu tür ürünlere başka bir ad verilmesi gerekecek. Çünkü “baskılı devre kartı” terimi artık ne iç içeriğini ne de üretim teknolojisini yansıtmayacak.

Belki de bu gerçekleşecektir.

Ama bana öyle geliyor ki, baskılı devre kartlarının tasarımındaki üç boyutlu tasarımlar zaten biliniyor - bunlar çok katmanlı baskılı devre kartları. Elektronik bileşenlerin, radyo bileşenlerinin tüm yüzeylerindeki temas pedlerinin konumu ile hacimsel kurulumu, kurulumlarının üretilebilirliğini, ara bağlantıların kalitesini azaltır ve test ve bakımlarını zorlaştırır.

Gelecek anlatacak!

Esnek baskılı devre kartları

Çoğu insan için baskılı devre kartı, elektriksel olarak iletken ara bağlantılara sahip sert bir plakadır.

Sert baskılı devre kartları, radyo elektroniğinde kullanılan ve hemen hemen herkesin bildiği en popüler üründür.

Ancak uygulama alanlarını giderek genişleten esnek baskılı devre kartları da var. Bir örnek, esnek baskılı kablolar (döngüler) olarak adlandırılanlardır. Bu tür baskılı devre kartları sınırlı sayıda işlevi yerine getirir (radyo elemanları için bir alt tabakanın işlevi hariçtir). Kablo demetlerinin yerine geleneksel baskılı devre kartlarını birleştirmeye hizmet ediyorlar. Esnek baskılı devre kartları, polimer "alt tabakasının" oldukça elastik bir durumda olması nedeniyle esneklik kazanır. Esnek baskılı devre kartları iki serbestlik derecesine sahiptir. Hatta bir Mobius şeridi şeklinde katlanabilirler.

Çizim 4

Alt tabakanın polimer matrisinin sert, camsı bir durumda olduğu geleneksel sert baskılı devre kartlarına bir veya hatta iki serbestlik derecesi, ancak çok sınırlı bir özgürlük de verilebilir. Bu, alt tabakanın kalınlığının azaltılmasıyla elde edilir. İnce dielektriklerden yapılmış kabartma baskılı devre kartlarının avantajlarından biri onlara “yuvarlaklık” verme yeteneğidir. Böylece şekilleri ile içine yerleştirilebilecekleri nesnelerin (roketler, uzay nesneleri vb.) şeklinin koordine edilmesi mümkün hale gelir. Sonuç, ürünlerin iç hacminde önemli bir tasarruftur.

Önemli dezavantajları ise bu tür baskılı devre kartlarının katman sayısı arttıkça esnekliğinin azalmasıdır. Ve geleneksel esnek olmayan bileşenlerin kullanılması, şekillerinin sabitlenmesi ihtiyacını doğurur. Çünkü esnek olmayan bileşenlere sahip bu tür PCB'lerin bükülmesi, esnek PCB'ye bağlandıkları noktalarda yüksek mekanik gerilime neden olur.

Sert ve esnek baskılı devre kartları arasında bir ara pozisyon, akordeon gibi katlanmış sert elemanlardan oluşan "antik" baskılı devre kartları tarafından işgal edilmiştir. Bu tür “akordeonlar” muhtemelen çok katmanlı baskılı devre kartları oluşturma fikrinin ortaya çıkmasına neden oldu. Modern sert esnek baskılı devre kartları farklı bir şekilde uygulanmaktadır. Esas olarak çok katmanlı baskılı devre kartlarından bahsediyoruz. Sert ve esnek katmanları birleştirebilirler. Esnek katmanlar sert katmanların ötesine taşınırsa, sert ve esnek bir parçadan oluşan bir baskılı devre kartı elde edebilirsiniz. Diğer bir seçenek ise iki sert parçayı esnek bir parçayla birleştirmektir.

Baskılı devre kartı tasarımlarının iletken desenlerinin katmanlanmasına dayalı olarak sınıflandırılması, baskılı devre kartı tasarımlarının hepsini olmasa da çoğunu kapsar. Örneğin dokuma devre kartlarının veya kabloların üretimi için baskı yerine dokuma ekipmanının uygun olduğu ortaya çıktı. Bu tür "baskılı devre kartları" zaten üç serbestlik derecesine sahiptir. Tıpkı sıradan kumaşlar gibi en tuhaf şekil ve şekillere bürünebilirler.

Yüksek ısı iletkenliğine sahip bir taban üzerinde baskılı devre kartları

Son zamanlarda ısı üretiminde artış yaşandı elektronik aletler bununla ilgilidir:

Bilgi işlem sistemlerinin artan verimliliği,

Yüksek güç anahtarlama ihtiyaçları,

Artan ısı üretimi ile elektronik bileşenlerin kullanımının artması.

İkincisi, güçlü ultra parlak LED'lere dayalı ışık kaynakları yaratmaya olan ilginin keskin bir şekilde arttığı LED aydınlatma teknolojisinde en açık şekilde ortaya çıkıyor. Yarı iletken LED'lerin ışık verimliliği halihazırda 100lm/W'a ulaştı. Bu tür ultra parlak LED'ler, geleneksel akkor lambaların yerini alır ve aydınlatma teknolojisinin neredeyse tüm alanlarında uygulama bulur: sokak aydınlatma lambaları, otomotiv aydınlatması, acil durum aydınlatması, reklam tabelaları, LED paneller, göstergeler, şeritler, trafik ışıkları vb. Bu LED'ler monokrom rengi ve anahtarlama hızı nedeniyle dekoratif aydınlatma ve dinamik aydınlatma sistemlerinin vazgeçilmezi haline gelmiştir. Ayrıca, sıkı bir şekilde enerji tasarrufu yapılmasının gerekli olduğu, sık bakımın pahalı olduğu ve elektriksel güvenlik gereksinimlerinin yüksek olduğu yerlerde kullanılması da faydalıdır.

Araştırmalar LED'i çalıştırırken elektriğin yaklaşık %65-85'inin ısıya dönüştüğünü gösteriyor. Ancak LED üreticisinin önerdiği termal koşullara uyulduğu takdirde LED'in kullanım ömrü 10 yıla kadar çıkabilmektedir. Ancak termal koşullar ihlal edilirse (genellikle bu, 120...125°C'nin üzerinde bir geçiş sıcaklığıyla çalışmak anlamına gelir), LED'in hizmet ömrü 10 kat düşebilir! Ve önerilen termal koşullar büyük ölçüde ihlal edilirse, örneğin yayıcı tip LED'ler radyatör olmadan 5-7 saniyeden fazla açıldığında, LED ilk açılma sırasında arızalanabilir. Ayrıca geçiş sıcaklığındaki bir artış, ışımanın parlaklığında bir azalmaya ve çalışma dalga boyunda bir kaymaya yol açar. Bu nedenle termal rejimi doğru hesaplamak ve mümkünse LED'in ürettiği ısıyı mümkün olduğunca dağıtmak çok önemlidir.

Büyük üreticiler güçlü LED'ler Cree, Osram, Nichia, Luxeon, Seul Semiconductor, Edison Opto vb. gibi şirketler uzun süredir bunları metal tabanlı (uluslararası sınıflandırma IMPCB - Yalıtımlı Metal Baskılı) baskılı devre kartları üzerinde LED modüller veya kümeler şeklinde üretmektedir. Devre Kartı veya AL PCB - alüminyum taban üzerinde baskılı devre kartları).

Şekil 5

Alüminyum tabanlı bu baskılı devre kartları, düşük ve sabit bir termal dirence sahiptir; bu, onları bir radyatöre monte ederken, LED'in p-n bağlantı noktasından ısının kolayca uzaklaştırılmasını ve tüm hizmet ömrü boyunca çalışmasını sağlamayı mümkün kılar.

Bu tür baskılı devre kartlarının tabanlarında ısı iletkenliği yüksek malzemeler olarak bakır, alüminyum ve çeşitli seramik türleri kullanılmaktadır.

Endüstriyel üretim teknolojisinin sorunları

Baskılı devre kartı üretim teknolojisinin gelişiminin tarihi, kaliteyi artırmanın ve bu süreçte ortaya çıkan sorunların üstesinden gelmenin tarihidir.

İşte detaylarından bazıları.

Açık deliklerin metalleştirilmesiyle üretilen baskılı devre kartları, yaygın kullanımlarına rağmen çok ciddi bir dezavantaja sahiptir. Tasarım açısından bakıldığında, bu tür baskılı devre kartlarının en zayıf halkası, yollardaki metalize direklerin ve iletken katmanların (temas pedleri) birleşimidir. Metalize kolon ile iletken katman arasındaki bağlantı, temas pedinin ucu boyunca meydana gelir. Bağlantının uzunluğu bakır folyonun kalınlığına göre belirlenir ve genellikle 35 mikron veya daha azdır. Galvanik metalizasyon Vias duvarlarından önce bir kimyasal metalizasyon aşaması gelir. Kimyasal bakır, galvanik bakırın aksine daha kırılgandır. Bu nedenle, metalize kolonun temas pedinin uç yüzeyi ile bağlantısı, mukavemet özellikleri daha zayıf olan bir ara kimyasal bakır alt tabakası aracılığıyla gerçekleşir. Fiberglas laminatın termal genleşme katsayısı bakırınkinden çok daha yüksektir. Epoksi reçinenin camsı geçiş sıcaklığından geçerken fark keskin bir şekilde artar. Baskılı devre kartının çeşitli nedenlerle yaşadığı termal şoklar sırasında, bağlantı çok büyük mekanik yüklere ve kopmalara maruz kalır. Bunun sonucunda elektrik devresi bozulur ve performansı düşer. elektrik şeması.

Pirinç. 6. Çok katmanlı baskılı devre kartlarındaki ara katman şişeleri: a) dielektrik alt kesimsiz, 6) dielektrik alt kesimli 1 - dielektrik, 2 - iç katmanın temas pedi, 3 - kimyasal bakır, 4 - galvanik bakır

Pirinç. 7. Katman katman bina ile yapılan çok katmanlı baskılı devre kartı tasarımının parçası: 1 - katmanlar arası bağlantı, 2 - iç katman iletken, 3 - montaj pedi, 4 - dış katman iletken, 5 - dielektrik katmanlar

Çok katmanlı baskılı devre kartlarında, iç bağlantıların güvenilirliğinin arttırılması, ek bir işlem - alttan kesme ( kısmi kaldırma) metalizasyondan önce vialardaki dielektrik. Bu durumda, metalize direklerin temas pedleri ile bağlantısı sadece uçta değil, aynı zamanda kısmen bu pedlerin dış halka şeklindeki bölgeleri boyunca da gerçekleştirilir (Şekil 6).

Çok katmanlı baskılı devre kartlarının metalize yollarının daha yüksek güvenilirliği, katman katman oluşturma yöntemini kullanarak çok katmanlı baskılı devre kartları üretme teknolojisi kullanılarak elde edildi (Şekil 7). Bu yöntemde baskılı katmanların iletken elemanları arasındaki bağlantılar, bakırın yalıtım katmanının deliklerine galvanik olarak büyütülmesiyle yapılır. Açık deliklerin metalleştirilmesi yönteminin aksine, bu durumda yollar tamamen bakırla doldurulur. İletken katmanlar arasındaki bağlantı alanı çok daha genişler ve geometri farklılaşır. Bu tür bağlantıları kırmak o kadar kolay değil. Ancak bu teknoloji de ideal olmaktan çok uzak. “Galvanik bakır - kimyasal bakır - galvanik bakır” geçişi hala devam ediyor.

Açık deliklerin metalleştirilmesiyle yapılan baskılı devre kartları, en az dört (çok katmanlı en az üç) yeniden lehimlemeye dayanmalıdır. Kabartmalı baskılı devre kartları çok daha fazla sayıda (50'ye kadar) yeniden lehimlemeye olanak tanır. Geliştiricilere göre, kabartma baskılı devre kartlarındaki metalize yollar güvenilirliklerini azaltmıyor, aksine artırıyor. Bu kadar keskin bir niteliksel sıçramaya ne sebep oldu? Cevap basit. Rölyef baskılı devre kartlarının üretim teknolojisinde, iletken katmanlar ve bunları birbirine bağlayan metalize sütunlar tek bir teknolojik döngüde (aynı anda) uygulanır. Dolayısıyla “galvanik bakır – kimyasal bakır – galvanik bakır” geçişi söz konusu değildir. Ancak bu kadar yüksek bir sonuç, baskılı devre kartlarının üretiminde en yaygın teknolojinin terk edilmesi ve farklı bir tasarıma geçilmesi sonucunda elde edildi. Birçok nedenden dolayı açık deliklerin metalizasyon yönteminden vazgeçilmesi tavsiye edilmez.

Nasıl olunur?

Temas pedleri ile metalize pistonların uçlarının birleşim yerinde bir bariyer tabakasının oluşmasının sorumluluğu esas olarak teknoloji uzmanlarına aittir. Bu sorunu çözmeyi başardılar. Baskılı devre kartlarının üretim teknolojisinde devrim niteliğinde değişiklikler, kimyasal metalizasyon aşamasını ortadan kaldıran ve kendisini yalnızca yüzeyin ön aktivasyonuyla sınırlayan deliklerin doğrudan metalleştirilmesi yöntemleriyle yapılmıştır. Ayrıca, doğrudan metalizasyon işlemleri, iletken bir filmin yalnızca ihtiyaç duyulan yerde, dielektrik yüzeyinde görünecek şekilde uygulanır. Sonuç olarak, deliklerin doğrudan metalleştirilmesiyle üretilen baskılı devre kartlarının metalize edilmiş yollarındaki bariyer katmanı basitçe mevcut değildir. Teknik bir çelişkiyi çözmenin güzel bir yolu değil mi?

Viaların metalleştirilmesiyle ilgili teknik çelişkilerin de üstesinden gelinmesi mümkün oldu. Kaplama delikleri başka bir nedenden dolayı baskılı devre kartlarında zayıf bir halka haline gelebilir. Viaların duvarlarındaki kaplamanın kalınlığı ideal olarak tüm yükseklik boyunca aynı olmalıdır. Aksi takdirde güven sorunları yeniden ortaya çıkar. Elektrokaplama işlemlerinin fiziksel kimyası buna karşı koyar. Metalize yollardaki ideal ve gerçek kaplama profili Şekil 1'de gösterilmektedir. 5. Deliğin derinliğindeki kaplamanın kalınlığı genellikle yüzeydekinden daha azdır. Sebepler çok farklı: eşit olmayan akım yoğunluğu, katodik polarizasyon, yetersiz elektrolit değişim oranı vb. Modern baskılı devre kartlarında, metalize edilecek geçiş deliklerinin çapı halihazırda 100 mikronu aşmıştır ve bazılarında yüksekliğin delik çapına oranı, vaka sayısı 20:1'e ulaşıyor. Durum son derece karmaşık hale geldi. Fiziksel yöntemler (ultrason kullanmak, baskılı devre kartlarının deliklerindeki sıvı değişiminin yoğunluğunu arttırmak vb.) yeteneklerini çoktan tüketmiştir. Elektrolitin viskozitesi bile önemli bir rol oynamaya başlar.

Pirinç. Şekil 8. Baskılı devre kartındaki metalize geçiş deliğinin kesiti. 1 - dielektrik, 2 - delik duvarlarının ideal metalizasyon profili, 3 - delik duvarlarının gerçek metalizasyon profili,
4 - diren

Geleneksel olarak bu sorun, akım yoğunluğunun daha yüksek olduğu bölgelerde adsorbe edilen seviyelendirme katkı maddeleri içeren elektrolitlerin kullanılmasıyla çözülmüştür. Bu tür katkı maddelerinin emilimi akım yoğunluğuyla orantılıdır. Katkı maddeleri, keskin kenarlar ve bitişik alanlardaki (baskılı devre kartının yüzeyine daha yakın) aşırı kaplamayı ortadan kaldırmak için bir bariyer katmanı oluşturur.

Bu sorunun başka bir çözümü teorik olarak uzun zamandır biliniyor, ancak pratikte bunu oldukça yakın zamanda uygulamak mümkün oldu - yüksek güçlü anahtarlamalı güç kaynaklarının endüstriyel üretimine hakim olduktan sonra. Bu yöntem galvanik banyolar için darbeli (ters) güç kaynağı modunun kullanımına dayanmaktadır. En zamanda doğru akım sağlanır. Bu durumda kaplama birikmesi meydana gelir. Ters akım, zamanın az bir kısmında sağlanır. Aynı zamanda biriken kaplama çözülür. Düzensiz akım yoğunluğu (daha fazla keskin köşeler) bu durumda yalnızca fayda sağlar. Bu nedenle kaplamanın çözünmesi ilk olarak ve büyük ölçüde baskılı devre kartının yüzeyinde meydana gelir. Şöyle teknik çözüm Teknik çelişkileri çözmek için bütün bir teknik "buketi" kullanılır: kısmen gereksiz bir eylem kullanın, zararı faydaya çevirin, sürekli bir süreçten darbeli bir sürece geçiş uygulayın, tam tersini yapın, vb. Ve elde edilen sonuç buna karşılık gelir "buket". İleri ve geri darbelerin süresinin belirli bir kombinasyonuyla, deliğin derinliğinde baskılı devre kartının yüzeyinden daha büyük bir kaplama kalınlığı elde etmek bile mümkündür. Bu nedenle bu teknolojinin, PCB'deki ara bağlantı yoğunluğunun yaklaşık iki katına çıkmasını sağlayan kör geçişlerin metalle doldurulması (modern baskılı devre kartlarının ortak özelliği) için vazgeçilmez olduğu kanıtlanmıştır.

Baskılı devre kartlarındaki metalize yolların güvenilirliğiyle ilgili sorunlar doğası gereği yereldir. Sonuç olarak, bir bütün olarak baskılı devre kartlarına ilişkin gelişim sürecinde ortaya çıkan çelişkiler de evrensel değildir. Her ne kadar bu tür baskılı devre kartları tüm baskılı devre kartları için pazarın aslan payını işgal etse de.

Ayrıca geliştirme sürecinde teknoloji uzmanlarının karşılaştığı diğer sorunlar da çözülüyor ancak tüketiciler bunları düşünmüyor bile. İhtiyaçlarımıza yönelik çok katmanlı baskılı devre kartlarını alıp kullanıyoruz.

Mikro minyatürleştirme

İlk aşamada, elektronik cihazların hacimsel kurulumu için kullanılan baskılı devre kartlarına aynı bileşenler takıldı, ancak pinlerin boyutlarının küçültülmesi için bazı değişiklikler yapıldı. Ancak en yaygın bileşenler, baskılı devre kartlarına değişiklik yapılmadan takılabilir.

Baskılı devre kartlarının ortaya çıkışıyla birlikte, baskılı devre kartlarında kullanılan bileşenlerin boyutunun küçültülmesi mümkün hale geldi ve bu da bu elemanların tükettiği çalışma voltajlarının ve akımlarının azalmasına yol açtı. 1954 yılından bu yana, Enerji Santralleri ve Elektrik Endüstrisi Bakanlığı, baskılı devre kartı kullanan Dorozhny tüplü taşınabilir radyo alıcısının seri üretimini gerçekleştirmektedir.

Minyatür yarı iletken amplifikatör cihazlarının - transistörler, baskılı devre kartlarının - ev aletlerinde ve bir süre sonra endüstride ortaya çıkmasıyla ve elektronik devre parçalarının - fonksiyonel modüller ve mikro devreler - tek bir çip üzerinde bir araya getirilmesiyle, tasarımları hakim olmaya başladı. özel olarak baskısız devre kartlarının kurulumu için zaten sağlanmıştır.

Aktif ve pasif bileşenlerin boyutlarının sürekli olarak küçültülmesiyle birlikte yeni bir kavram ortaya çıktı: "Mikrominyatürleştirme".

Elektronik bileşenlerde bu, milyonlarca transistör içeren LSI ve VLSI'nin ortaya çıkmasıyla sonuçlandı. Görünümleri, harici bağlantıların sayısında bir artışa neden oldu (bkz. Şekil 9.a'daki grafik işlemcinin temas yüzeyi), bu da Şekil 9.b'de görülebileceği gibi iletken hatların yerleşiminde bir komplikasyona neden oldu.

Böyle bir GPU paneli ve İşlemci ayrıca - üzerinde işlemci çipinin kendisinin, çip pimleri ile temas alanı arasındaki bağlantıların kablolarının ve harici elemanların (genellikle güç dağıtım sisteminin filtre kapasitörleri) bulunduğu küçük, çok katmanlı bir baskılı devre kartından başka bir şey değildir.

Şekil 9

Ve bunun size şaka gibi gelmesine izin vermeyin, Intel veya AMD'nin 2010 CPU'su da bir baskılı devre kartıdır ve üstelik çok katmanlıdır.

Şekil 9a

Baskılı devre kartlarının ve genel olarak elektronik ekipmanların geliştirilmesi, elemanlarını azaltma çizgisidir; basılı yüzeyde sıkışmalarının yanı sıra elektronik elemanların azaltılması. Bu durumda, "elemanlar" hem baskılı devre kartlarının (iletkenler, kanallar vb.) Kendi mülkü hem de süper sistemdeki elemanlar (baskılı devre düzeneği) - radyo elemanları olarak anlaşılmalıdır. İkincisi, mikro minyatürleştirme hızı açısından baskılı devre kartlarının ilerisindedir.

Mikroelektronik, VLSI'nin geliştirilmesinde yer almaktadır.

Eleman tabanının yoğunluğunun arttırılması, bu eleman tabanının taşıyıcısı olan baskılı devre kartının iletkenlerinden de aynısını gerektirir. Bu konuda çözüm gerektiren birçok sorun ortaya çıkıyor. Bu tür iki sorun ve bunları çözmenin yolları hakkında daha ayrıntılı olarak konuşacağız.

Baskılı devre kartları üretmenin ilk yöntemleri, bakır folyo iletkenlerin dielektrik bir alt tabakanın yüzeyine yapıştırılmasına dayanıyordu.

İletkenlerin genişliğinin ve iletkenler arasındaki boşlukların milimetre cinsinden ölçüldüğü varsayılmıştır. Bu versiyonda bu teknoloji oldukça uygulanabilirdi. Elektronik ekipmanın daha sonra minyatürleştirilmesi, baskılı devre kartlarının üretimi için başka yöntemlerin oluşturulmasını gerektirdi; bunların ana versiyonları (çıkarıcı, katkı maddesi, yarı katkı maddesi, birleştirilmiş) bugün hala kullanılmaktadır. Bu tür teknolojilerin kullanılması, eleman boyutları milimetrenin onda biri düzeyinde ölçülen baskılı devre kartlarının uygulanmasını mümkün kılmıştır.

Baskılı devre kartlarında yaklaşık 0,1 mm (100 µm) çözünürlük seviyesine ulaşmak dönüm noktası niteliğinde bir olaydı. Bir yandan, başka bir büyüklükte "aşağı" bir geçiş yaşandı. Öte yandan bu bir tür niteliksel sıçramadır. Neden? Çoğu modern baskılı devre kartının dielektrik alt tabakası, fiberglas ile güçlendirilmiş polimer matrisli katmanlı bir plastik olan fiberglastır. Baskılı devre kartının iletkenleri arasındaki boşlukların azaltılması, cam ipliklerin kalınlığı veya bu ipliklerin fiberglastaki örgülerinin kalınlığı ile orantılı hale gelmelerine yol açmıştır. Ve iletkenlerin bu tür düğümler nedeniyle "kısa devre yaptığı" durum oldukça gerçek oldu. Sonuç olarak, fiberglas laminatta bu iletkenleri "destekleyen" tuhaf kılcal damarların oluşumu gerçek oldu. Nemli ortamlarda kılcal damarlar sonuçta PCB iletkenleri arasındaki yalıtım seviyelerinin bozulmasına yol açar. Daha kesin olmak gerekirse, bu normal nem koşullarında bile gerçekleşir. Fiberglasın kılcal yapılarında nem yoğuşması da normal şartlarda gözlenir.Nem, izolasyon direnci seviyesini her zaman azaltır.

Bu tür baskılı devre kartları modern elektronik ekipmanlarda yaygın hale geldiğinden, baskılı devre kartları için temel malzeme geliştiricilerinin bu sorunu geleneksel yöntemler kullanarak çözmeyi başardıkları sonucuna varabiliriz. Peki bir sonraki önemli olayla başa çıkabilecekler mi? Başka bir niteliksel sıçrama zaten gerçekleşti.

Samsung uzmanlarının, iletken genişlikleri ve aralarında 8-10 mikron boşluk bulunan baskılı devre kartları üretme teknolojisinde ustalaştığı bildiriliyor. Ancak bu bir cam ipliğin kalınlığı değil, fiberglasın kalınlığıdır!

Mevcut ve özellikle gelecekteki baskılı devre kartlarının iletkenleri arasındaki çok küçük boşluklarda yalıtım sağlama görevi karmaşıktır. Sorunun hangi yöntemlerle (geleneksel veya geleneksel olmayan) çözüleceğini ve çözülüp çözülmeyeceğini zaman gösterecek.

Pirinç. 10. Bakır folyonun gravür profilleri: a - ideal profil, b - gerçek profil; 1 - koruyucu katman, 2 - iletken, 3 - dielektrik

Baskılı devre kartlarında ultra küçük (ultra dar) iletkenlerin elde edilmesinde zorluklar yaşanıyordu. Baskılı devre üretim teknolojilerinde birçok nedenden dolayı çıkarımlı yöntemler yaygınlaşmıştır. Çıkarımlı yöntemlerde gereksiz folyo parçaları çıkarılarak bir elektrik devre modeli oluşturulur. İkinci Dünya Savaşı sırasında Paul Eisler, bakır folyoyu ferrik klorürle aşındırma teknolojisini geliştirdi. Bu kadar iddiasız bir teknoloji bugün hala radyo amatörleri tarafından kullanılıyor. Endüstriyel Teknoloji Bu “mutfak” teknolojisinden çok uzak değil. Tek fark, aşındırma çözümlerinin bileşiminin değişmesi ve süreç otomasyonu unsurlarının ortaya çıkmasıdır.

Kesinlikle tüm aşındırma teknolojilerinin temel dezavantajı, aşındırmanın yalnızca istenen yönde (dielektrik yüzeye doğru) değil, aynı zamanda istenmeyen enine yönde de gerçekleşmesidir. İletkenlerin yanal alt kesimi bakır folyonun kalınlığıyla karşılaştırılabilir (yaklaşık %70). Genellikle ideal bir iletken profili yerine mantar şeklinde bir profil elde edilir (Şekil 10). İletkenlerin genişliği büyük olduğunda ve en basit baskılı devre kartlarında milimetre cinsinden bile ölçüldüğünde, insanlar iletkenlerin yanal alt kesimini görmezden gelirler. İletkenlerin genişliği, yüksekliğiyle orantılı veya bundan daha azsa (bugünün gerçekleri), o zaman "yanal istekler" bu tür teknolojileri kullanmanın fizibilitesini sorgulamaktadır.

Uygulamada baskılı iletkenlerin yanal alttan kesme miktarı bir dereceye kadar azaltılabilir. Bu, aşındırma hızının arttırılmasıyla elde edilir; jet dökümü kullanarak (asit jetleri istenen yönle çakışır - tabakanın düzlemine dik) ve diğer yöntemlerin yanı sıra. Ancak iletkenin genişliği yüksekliğine yaklaştığında bu tür iyileştirmelerin etkinliği açıkça yetersiz hale gelir.

Ancak fotolitografi, kimya ve teknolojideki ilerlemeler artık tüm bu sorunların çözülmesini mümkün kılıyor. Bu çözümler mikroelektronik teknolojilerinden geliyor.

Baskılı devre kartlarının üretimi için amatör radyo teknolojileri

Baskılı devre kartlarının amatör radyo koşullarında üretilmesinin kendine has özellikleri vardır ve teknolojinin gelişmesi bu olanakları giderek artırmaktadır. Ancak süreçler onların temeli olmaya devam ediyor

Baskılı devre kartlarının evde nasıl ucuza üretileceği sorusu, muhtemelen baskılı devre kartlarının ev aletlerinde yaygın olarak kullanıldığı geçen yüzyılın 60'lı yıllarından beri tüm radyo amatörlerini endişelendiriyor. O zamanlar teknoloji seçimi bu kadar iyi olmasa da, bugün modern teknolojinin gelişmesi sayesinde radyo amatörleri, pahalı ekipman kullanmadan hızlı ve verimli bir şekilde baskılı devre kartları üretme fırsatına sahip. Ve bu olanaklar sürekli olarak genişleyerek yaratımlarının kalitesinin endüstriyel tasarımlara giderek daha yakın olmasını sağlıyor.

Aslında baskılı devre kartı üretim sürecinin tamamı beş ana aşamaya ayrılabilir:

• iş parçasının ön hazırlığı (yüzey temizliği, yağdan arındırma);
• koruyucu bir kaplamanın şu veya bu şekilde uygulanması;
• fazla bakırın levha yüzeyinden çıkarılması (dağlama);
• iş parçasının koruyucu kaplamadan temizlenmesi;
• delik delme, tahtayı akı ile kaplama, kalaylama.

Sadece en yaygın "klasik" teknolojiyi ele alıyoruz; burada fazla bakır, kimyasal aşındırma yoluyla tahtanın yüzeyinden çıkarılır. Ek olarak, örneğin bakırın frezeleme yoluyla veya elektrikli kıvılcım tesisatı kullanılarak çıkarılması da mümkündür. Bununla birlikte, bu yöntemler ne amatör radyo ortamında ne de endüstride yaygın olarak kullanılmamaktadır (her ne kadar basit baskılı devre kartlarının tek miktarlarda çok hızlı bir şekilde üretilmesinin gerekli olduğu durumlarda bazen frezeleme yoluyla devre kartlarının üretimi kullanılsa da).

Ve burada teknolojik sürecin ilk 4 noktasından bahsedeceğiz, çünkü sondaj bir radyo amatörünün sahip olduğu alet kullanılarak gerçekleştiriliyor.

Evde endüstriyel tasarımlarla rekabet edebilecek çok katmanlı bir baskılı devre kartı yapmak imkansızdır, bu nedenle genellikle amatör radyo koşullarında çift taraflı baskılı devre kartları kullanılır ve mikrodalga cihaz tasarımlarında sadece çift taraflı kullanılır.

Evde baskılı devre kartları yaparken çaba gösterilmesi gerekmesine rağmen, bir devre geliştirirken mümkün olduğunca çok sayıda yüzeye monte bileşen kullanmaya çaba gösterilmelidir; bu, bazı durumlarda devrenin neredeyse tamamının kartın bir tarafına yerleştirilmesini mümkün kılar. Bunun nedeni, yolların metalize edilmesi için evde gerçekten mümkün olan hiçbir teknolojinin henüz icat edilmemiş olmasıdır. Bu nedenle, kart yerleşimi bir tarafta yapılamıyorsa, ara katman yolları olarak kart üzerine monte edilen çeşitli bileşenlerin pimleri kullanılarak ikinci tarafta yerleşim yapılmalıdır; bu durumda, bu durumda kartın her iki tarafına da lehimlenmesi gerekecektir. pano. Elbette, deliklerin metalizasyonunu değiştirmenin çeşitli yolları vardır (deliğe yerleştirilen ve tahtanın her iki tarafındaki raylara lehimlenen ince bir iletken kullanarak; özel pistonlar kullanarak), ancak hepsinin önemli dezavantajları vardır ve kullanımı sakıncalıdır. . İdeal olarak, pano minimum sayıda atlama teli kullanılarak yalnızca bir tarafa yönlendirilmelidir.

Şimdi baskılı devre kartı üretim aşamalarının her birine daha yakından bakalım.

İş parçasının ön hazırlığı

Bu aşama ilk aşamadır ve gelecekteki baskılı devre kartının yüzeyinin üzerine koruyucu bir kaplama uygulanması için hazırlanmasından oluşur. Genel olarak yüzey temizleme teknolojisi uzun bir süre boyunca önemli bir değişikliğe uğramamıştır. Tüm süreç, çeşitli aşındırıcılar ve ardından yağdan arındırma kullanılarak tahta yüzeyindeki oksitlerin ve kirletici maddelerin uzaklaştırılmasından ibarettir.

Ağır kiri çıkarmak için ince taneli zımpara kağıdı (“sıfır”), ince aşındırıcı toz veya tahta yüzeyinde derin çizikler bırakmayan başka bir ürün kullanabilirsiniz. Bazen baskılı devre kartının yüzeyini deterjan veya toz içeren sert bir bulaşık süngeri ile yıkayabilirsiniz (bu amaçlar için, bazı maddelerin küçük kalıntılarıyla keçeye benzeyen aşındırıcı bir bulaşık süngeri kullanmak uygundur; genellikle böyle bir sünger) bir parça köpük kauçuğa yapıştırılmıştır). Ayrıca baskılı devre kartının yüzeyi yeterince temizse aşındırıcı işlem adımını tamamen atlayıp doğrudan yağ giderme işlemine geçebilirsiniz.

Baskılı devre kartı üzerinde yalnızca kalın bir oksit filmi varsa, baskılı devre kartının 3-5 saniye boyunca ferrik klorür çözeltisiyle işlenmesi ve ardından soğuk akan suda durulanmasıyla bu film kolayca çıkarılabilir. Bununla birlikte, bakırın ışıkta hızla oksitlenmesi nedeniyle ya bu işlemin koruyucu kaplamayı uygulamadan hemen önce yapılması ya da iş parçasının karanlık bir yerde saklanması tavsiye edilir.

Son aşama yüzey hazırlığı yağ gidermeden oluşur. Bunu yapmak için alkol, benzin veya asetonla nemlendirilmiş yumuşak, lifsiz bir bez parçası kullanabilirsiniz. Burada yağdan arındırıldıktan sonra tahta yüzeyinin temizliğine dikkat etmelisiniz, çünkü son zamanlarda önemli miktarda yabancı madde içeren aseton ve alkol ortaya çıkmaya başladı ve kuruduktan sonra tahta üzerinde beyazımsı lekeler bıraktı. Bu durumda başka bir yağ çözücü aramalısınız. Yağdan arındırıldıktan sonra tahta akan soğuk suda yıkanmalıdır. Bakır yüzeyinin su ile ıslatılma derecesi izlenerek temizliğin kalitesi kontrol edilebilir. Su tabakasında damla veya kırılma oluşmadan tamamen suyla ıslatılmış bir yüzey, normal temizlik seviyesinin bir göstergesidir. Bu su tabakasındaki bozukluklar yüzeyin yeterince temizlenmediğini gösterir.

Koruyucu kaplama uygulaması

Koruyucu bir kaplama uygulamak en önemli aşama Baskılı devre kartlarının üretim sürecinde, üretilen kartın kalitesinin %90'ını belirleyenler onlardır. Şu anda, amatör radyo camiasında en popüler olan üç koruyucu kaplama uygulama yöntemidir. Bunları kullanırken elde edilen levhaların kalitesini arttırmak için bunları dikkate alacağız.

Her şeyden önce, iş parçasının yüzeyindeki koruyucu kaplamanın homojen, kusursuz, düzgün, net sınırları olan ve aşındırma çözeltisinin kimyasal bileşenlerinin etkilerine dayanıklı bir kütle oluşturması gerektiğini açıklığa kavuşturmak gerekir.

Koruyucu kaplamanın manuel uygulanması

Bu yöntemde baskılı devre kartının çizimi bir tür yazı cihazı kullanılarak manuel olarak fiberglas laminata aktarılır. Son zamanlarda piyasada, boyası suyla yıkanmayan ve oldukça dayanıklı bir koruyucu tabaka sağlayan birçok işaretleyici ortaya çıktı. Ek olarak, elle çizim yapmak için bir çizim tahtası veya boyayla dolu başka bir cihaz kullanabilirsiniz. Örneğin, ince bir iğneye sahip bir şırınganın (iğne çapı 0,3-0,6 mm olan insülin şırıngaları) çekilmesi için kullanılması uygundur, 5-8 mm uzunluğa kadar kesilmiş, bu amaçlar için en uygunudur. Bu durumda çubuk şırıngaya yerleştirilmemelidir - kılcal etkinin etkisi altında boya serbestçe akmalıdır. Ayrıca istenilen çapı elde etmek için şırınga yerine ateşin üzerine uzatılmış ince bir cam veya plastik tüp kullanabilirsiniz. Tüpün veya iğnenin kenarının işlenme kalitesine özellikle dikkat edilmelidir: çizim sırasında tahtayı çizmemelidir, aksi takdirde önceden boyanmış alanlar zarar görebilir. Bu tür cihazlarla çalışırken, boya olarak bir solvent, tsaponlak veya hatta alkolde bir reçine çözeltisi ile seyreltilmiş bitüm veya başka bir vernik kullanabilirsiniz. Bu durumda, boyanın kıvamını, çizim sırasında serbestçe akacak, ancak aynı zamanda dışarı akmayacak ve iğnenin veya tüpün ucunda damlalar oluşturmayacak şekilde seçmek gerekir. Koruyucu bir kaplamanın manuel olarak uygulanması işleminin oldukça emek yoğun olduğunu ve yalnızca küçük bir devre kartının çok hızlı bir şekilde üretilmesinin gerekli olduğu durumlarda uygun olduğunu belirtmekte fayda var. Elle çizim yaparken elde edilebilecek minimum iz genişliği yaklaşık 0,5 mm'dir.

"Lazer yazıcı ve ütü teknolojisi"ni kullanma

Bu teknoloji nispeten yakın zamanda ortaya çıktı, ancak basitliği ve elde edilen levhaların yüksek kalitesi nedeniyle hemen yaygınlaştı. Teknolojinin temeli, tonerin (lazer yazıcılarda yazdırırken kullanılan toz) herhangi bir alt tabakadan baskılı devre kartına aktarılmasıdır.

Bu durumda iki seçenek mümkündür: ya kullanılan alt tabaka dağlamadan önce tahtadan ayrılır ya da alt tabaka kullanılıyorsa alüminyum folyo, bakırla birlikte kazınır .

Bu teknolojiyi kullanmanın ilk aşaması baskı yapmaktır. aynadaki görüntü alt tabaka üzerinde baskılı devre kartı deseni. Yazıcının yazdırma ayarları maksimum baskı kalitesine ayarlanmalıdır (çünkü bu durumda en kalın toner katmanı uygulanır). Destek olarak ince kaplamalı kağıt (çeşitli dergi kapakları), faks kağıdı, alüminyum folyo, lazer yazıcılar için film, Oracal kendinden yapışkanlı filmden destek veya başka malzemeler kullanabilirsiniz. Çok ince kağıt veya folyo kullanırsanız, bunu çevresine kalın bir kağıt parçasına yapıştırmanız gerekebilir. İdeal olarak, yazıcının, böyle bir sandviçin yazıcının içinde çökmesini önleyen, bükülmeyen bir kağıt yoluna sahip olması gerekir. Folyo veya Oracal film tabanına baskı yaparken bu da büyük önem taşır, çünkü toner bunlara çok zayıf yapışır ve yazıcının içindeki kağıt bükülürse, büyük olasılıkla, filmi temizlemek için birkaç hoş olmayan dakika harcamak zorunda kalacaksınız. Yazıcı fırınının toner kalıntılarının yapışmasını önleyin. Yazıcının üst tarafa yazdırırken kağıdı kendi içinden yatay olarak geçirebilmesi en iyisidir (PCB üretimi için en iyi yazıcılardan biri olan HP LJ2100 gibi). HP LJ 5L, 6L, 1100 gibi yazıcı sahiplerini, Oracal'dan folyo veya taban üzerine baskı yapmaya çalışmamaları konusunda derhal uyarmak isterim - genellikle bu tür deneyler başarısızlıkla sonuçlanır. Ayrıca yazıcının yanı sıra, kalın bir toner tabakası uygulanması nedeniyle kullanımı bazen yazıcılara göre daha iyi sonuçlar veren bir fotokopi makinesi de kullanabilirsiniz. Alt tabakanın temel gereksinimi, tonerden kolayca ayrılabilmesidir. Ayrıca kağıt kullanıyorsanız tonerde tüy bırakmaması gerekir. Bu durumda, iki seçenek mümkündür: ya tonerin tahtaya aktarılmasından sonra alt tabaka kolayca çıkarılır (lazer yazıcılar için film veya Oracal'ın tabanı durumunda) veya önceden suya batırılır ve ardından yavaş yavaş ayrılır. (kuşe kağıt).

Tonerin bir karta aktarılması, önceden temizlenmiş bir panoya tonerli bir alt tabakanın uygulanmasını ve ardından bunu tonerin erime noktasının biraz üzerinde bir sıcaklığa kadar ısıtmayı içerir. Bunun nasıl yapılacağına dair çok sayıda seçenek var, ancak en basiti alt tabakayı sıcak ütüyle tahtaya bastırmaktır. Aynı zamanda, ütünün alt tabaka üzerindeki basıncını eşit olarak dağıtmak için aralarına birkaç kat kalın kağıt döşenmesi önerilir. Çok önemli bir konu ütünün sıcaklığı ve bekleme süresidir. Bu parametreler her özel durumda farklılık gösterir; bu nedenle, iyi sonuçlar elde etmeden önce birden fazla deney yapmanız gerekebilir. Burada tek bir kriter var: Tonerin tahtanın yüzeyine yapışacak kadar erime süresi olmalı ve aynı zamanda izlerin kenarlarının kaymaması için yarı sıvı duruma ulaşma süresi de olmamalıdır. düzleştirmek. Toneri panele "kaynakladıktan" sonra alt tabakayı ayırmak gerekir (alt tabaka olarak kullanıldığı durumlar hariç) aliminyum folyo: hemen hemen tüm aşındırma çözeltilerinde çözündüğü için ayrılmamalıdır). Lazer filmi ve Oracal desteği dikkatlice soyulurken düz kağıt sıcak suda önceden ıslatma gerektirir.

Lazer yazıcıların yazdırma özellikleri nedeniyle, büyük katı poligonların ortasındaki toner katmanının oldukça küçük olduğunu, dolayısıyla kart üzerinde bu tür alanları kullanmaktan mümkün olduğunca kaçınmanız gerektiğini, aksi takdirde karta manuel olarak rötuş yapmak zorunda kalacağınızı belirtmekte fayda var. Desteği çıkardıktan sonra. Genel olarak, bu teknolojinin kullanılması, bir miktar eğitimden sonra, rayların genişliğine ve aralarındaki boşluklara 0,3 mm'ye kadar ulaşmanıza olanak tanır.

Bu teknolojiyi uzun yıllardır kullanıyorum (lazer yazıcı elime geçtiğinden beri).

Fotorezistlerin uygulanması

Fotorezist, ışığa maruz kaldığında özelliklerini değiştiren, ışığa duyarlı bir maddedir (genellikle ultraviyole yakın bölgede).

Son zamanlarda, Rusya pazarında, özellikle evde kullanım için uygun olan, aerosol ambalajında ​​çeşitli ithal fotorezistler ortaya çıktı. Fotorezist kullanmanın özü şu şekildedir: üzerine bir fotorezist tabakası uygulanmış bir tahtaya bir fotomask () uygulanır ve aydınlatılır, ardından fotorezistin aydınlatılmış (veya açıkta kalmayan) alanları özel bir solvent ile yıkanır. genellikle kostik sodadır (NaOH). Tüm fotorezistler iki kategoriye ayrılır: pozitif ve negatif. Pozitif fotorezistler için, tahtadaki iz, fotoğraf maskesindeki siyah bir alana ve negatif olanlar için buna göre şeffaf bir alana karşılık gelir.

Pozitif fotorezistler en yaygın kullanılanlardır çünkü kullanımı en uygun olanlardır.

Aerosol ambalajlarda pozitif fotorezistlerin kullanımı üzerinde daha ayrıntılı duralım. İlk adım bir fotoğraf şablonu hazırlamaktır. Evde, tahta tasarımını bir lazer yazıcıda film üzerine basarak elde edebilirsiniz. Bu durumda, yazıcı ayarlarında tüm toner tasarrufu ve baskı kalitesini iyileştirme modlarını devre dışı bırakmanız gereken fotoğraf maskesindeki siyah rengin yoğunluğuna özellikle dikkat etmek gerekir. Ek olarak, bazı şirketler bir fotoplotter üzerinde fotoğraf maskesi çıktısı sunuyor - ve size yüksek kaliteli bir sonuç garanti ediliyor.

İkinci aşamada, levhanın önceden hazırlanmış ve temizlenmiş yüzeyine ince bir fotorezist filmi uygulanır. Bu, yaklaşık 20 cm mesafeden püskürtülerek yapılır, bu durumda ortaya çıkan kaplamanın maksimum homojenliği için çaba gösterilmelidir. Ek olarak, püskürtme işlemi sırasında toz kalmamasını sağlamak çok önemlidir - fotorezistin içine giren her toz zerresi kaçınılmaz olarak tahta üzerinde iz bırakacaktır.

Fotorezist katmanını uyguladıktan sonra elde edilen filmin kurutulması gerekir. Bunu 70-80 derecelik bir sıcaklıkta yapmanız önerilir ve önce yüzeyi düşük bir sıcaklıkta kurutmanız ve ancak daha sonra sıcaklığı kademeli olarak istenen değere yükseltmeniz gerekir. Belirtilen sıcaklıkta kuruma süresi yaklaşık 20-30 dakikadır. Son çare olarak tahtayı kurutmak oda sıcaklığı 24 saat içinde. Fotorezist ile kaplanmış levhalar serin ve karanlık bir yerde saklanmalıdır.

Fotorezisti uyguladıktan sonra bir sonraki adım pozlamadır. Bu durumda, tahtaya ince cam veya üzerine bastırılan bir fotoğraf maskesi uygulanır (baskılı taraf tahtaya bakacak şekilde, bu pozlama sırasında netliğin artmasına yardımcı olur). Yeterli olduğunda küçük boyutlar Levhaları bastırmak için emülsiyondan yıkanmış bir fotoğraf plakasını kullanabilirsiniz. Çoğu modern fotorezistin maksimum spektral hassasiyet bölgesi ultraviyole aralığında olduğundan, aydınlatma için spektrumda büyük oranda UV radyasyonu içeren bir lambanın (DRSh, DRT, vb.) kullanılması tavsiye edilir. Son çare olarak güçlü bir ksenon lamba kullanabilirsiniz. Pozlama süresi birçok nedene bağlıdır (lambanın türü ve gücü, lambadan panele olan mesafe, fotorezist katmanın kalınlığı vb.) ve deneysel olarak seçilir. Ancak genel olarak maruz kalma süresi, doğrudan güneş ışığına maruz kalsa bile genellikle 10 dakikayı geçmez.

(Presleme için görünür ışıkta şeffaf olan plastik plakaların kullanılmasını önermiyorum, çünkü bunlar UV radyasyonunu güçlü bir şekilde emer)

Çoğu fotorezist, litre suya 7 gram sodyum hidroksit (NaOH) çözeltisi ile geliştirilir. 20-25 derece sıcaklıkta taze hazırlanmış bir çözelti kullanmak en iyisidir. Geliştirme süresi fotorezist filmin kalınlığına bağlıdır ve 30 saniye ile 2 dakika arasında değişir. Geliştirmeden sonra, fotorezist asitlere karşı dayanıklı olduğundan tahta sıradan çözeltilerle kazınabilir. Yüksek kaliteli fotoğraf maskeleri kullanıldığında, fotorezist kullanımı 0,15-0,2 mm genişliğe kadar izler elde etmenizi sağlar.

Gravür

Bakırın kimyasal aşındırılması için bilinen birçok bileşik vardır. Hepsi reaksiyonun hızı, reaksiyon sonucunda açığa çıkan maddelerin bileşimi ve çözeltiyi hazırlamak için gerekli kimyasal reaktiflerin mevcudiyeti bakımından farklılık gösterir. Aşağıda en popüler aşındırma çözümleri hakkında bilgi bulunmaktadır.

Ferrik klorür (FeCl)

Belki de en ünlü ve popüler reaktif. Kuru ferrik klorür, doymuş bir altın sarısı rengi çözeltisi elde edilene kadar suda çözülür (bu, bir bardak su başına yaklaşık iki yemek kaşığı gerektirir). Bu çözeltideki aşındırma işlemi 10 ila 60 dakika kadar sürebilir. Süre çözeltinin konsantrasyonuna, sıcaklığa ve karıştırmaya bağlıdır. Karıştırma reaksiyonu önemli ölçüde hızlandırır. Bu amaçlar için çözeltinin hava kabarcıkları ile karıştırılmasını sağlayan bir akvaryum kompresörünün kullanılması uygundur. Reaksiyon ayrıca çözelti ısıtıldığında da hızlanır. Aşındırma işlemi tamamlandıktan sonra tahta yıkanmalıdır. büyük miktar su, tercihen sabunla (asit kalıntılarını nötralize etmek için). Bu çözümün dezavantajları, reaksiyon sırasında tahtaya yerleşen ve dağlama işleminin normal seyrini engelleyen atık oluşumunun yanı sıra nispeten düşük reaksiyon hızını içerir.

Amonyum persülfat

65 g su başına 35 g madde oranına göre suda çözünen hafif kristalli bir madde. Bu çözeltideki dağlama işlemi yaklaşık 10 dakika sürer ve bakır kaplamanın kazınacak alanına bağlıdır. Reaksiyon için en uygun koşulları sağlamak için çözeltinin sıcaklığının yaklaşık 40 derece olması ve sürekli karıştırılması gerekir. Aşındırma tamamlandıktan sonra levha akan suda yıkanmalıdır. Bu çözümün dezavantajları, gerekli sıcaklığın muhafaza edilmesi ve karıştırılması ihtiyacını içerir.

Çözüm hidroklorik asit(HCl) ve hidrojen peroksit(H2O2)

- Bu çözeltiyi hazırlamak için 770 ml suya 200 ml %35 hidroklorik asit ve 30 ml %30 hidrojen peroksit eklemeniz gerekir. Hidrojen peroksitin ayrışması gaz açığa çıkardığından, hazırlanan çözelti hava geçirmez şekilde kapatılmamış koyu renkli bir şişede saklanmalıdır. Dikkat: Bu solüsyonu kullanırken kostik kimyasallarla çalışırken tüm önlemlerin alınması gerekir. Tüm çalışmalar yalnızca temiz hava veya kaputun altında. Solüsyon cildinize bulaşırsa hemen bol su ile durulayın. Aşındırma süresi büyük ölçüde karıştırmaya ve çözelti sıcaklığına bağlıdır ve oda sıcaklığında iyice karıştırılmış taze bir çözelti için 5-10 dakika civarındadır. Çözelti 50 derecenin üzerine ısıtılmamalıdır. Aşındırma işleminden sonra tahta akan su ile yıkanmalıdır.

Aşındırma sonrası bu çözelti H202 eklenerek geri yüklenebilir. Gerekli miktarda hidrojen peroksitin değerlendirilmesi görsel olarak gerçekleştirilir: bir çözeltiye daldırılır bakır kurulu kırmızıdan koyu kahverengiye kadar yeniden boyanmalıdır. Solüsyonda kabarcıkların oluşması, fazla miktarda hidrojen peroksit olduğunu gösterir ve bu da aşındırma reaksiyonunun yavaşlamasına neden olur. Bu çözümün dezavantajı, onunla çalışırken tüm önlemlere kesinlikle uyma gereğidir.

Çözüm sitrik asit ve Radiokot'tan hidrojen peroksit

100 ml farmasötikte %3 hidrojen peroksit, 30 g sitrik asit ve 5 g sofra tuzu çözülür.

Bu çözelti, 35 µm kalınlığındaki 100 cm2 bakırı aşındırmak için yeterli olmalıdır.

Solüsyonu hazırlarken tuzdan tasarruf etmenize gerek yoktur. Katalizör rolü oynadığı için aşındırma işlemi sırasında pratik olarak tüketilmez. Peroksit %3 daha fazla seyreltilmemelidir çünkü diğer bileşenler eklendiğinde konsantrasyonu azalır.

Ne kadar çok hidrojen peroksit (hidroperit) eklenirse, işlem o kadar hızlı ilerleyecektir, ancak aşırıya kaçmayın - çözelti saklanmaz, yani. yeniden kullanılmaz, bu da hidroperitin aşırı kullanılacağı anlamına gelir. Aşırı peroksit, aşındırma sırasındaki bol miktarda "kabarcıklanma" ile kolayca belirlenebilir.

Ancak sitrik asit ve peroksit eklemek oldukça kabul edilebilir ancak taze bir çözelti hazırlamak daha akılcıdır.

İş parçasının temizlenmesi

Levhanın aşındırılması ve yıkanması tamamlandıktan sonra yüzeyinin koruyucu kaplamadan temizlenmesi gerekir. Bu, aseton gibi herhangi bir organik çözücüyle yapılabilir.

Daha sonra tüm delikleri delmeniz gerekir. Bu, maksimum motor hızında keskin bilenmiş bir matkapla yapılmalıdır. Koruyucu kaplamayı uygularken temas pedlerinin merkezlerinde boş alan kalmamışsa, önce deliklerin işaretlenmesi gerekir (bu, örneğin bir çekirdek ile yapılabilir). Bundan sonra, kartın arka tarafındaki kusurlar (saçak) havşa açma yoluyla ve bakır üzerine çift taraflı baskılı devre kartı üzerinde - manuel bir kelepçede yaklaşık 5 mm çapında bir matkapla bir tur döndürülerek giderilir. kuvvet uygulamadan delin.

Bir sonraki adım, tahtayı akı ile kaplamak ve ardından kalaylamadır. Özel endüstriyel tozları kullanabilir (en iyi şekilde suyla yıkanır veya hiç durulama gerektirmez) veya tahtayı basitçe kaplayabilirsiniz. zayıf çözüm alkoldeki reçine.

Kalaylama iki şekilde yapılabilir:

Erimiş lehime daldırma

Bir havya ve lehim emdirilmiş metal bir örgü kullanın.

İlk durumda, bir demir banyosu yapmak ve onu az miktarda düşük erime noktalı lehim - Gül veya Ahşap alaşımı ile doldurmak gerekir. Lehimin oksidasyonunu önlemek için eriyik tamamen bir gliserin tabakası ile kaplanmalıdır. Banyoyu ısıtmak için ters çevrilmiş bir ütü veya ocak kullanabilirsiniz. Levha eriyiğe batırılır ve daha sonra sert kauçuk bir silecekle fazla lehim çıkarılarak çıkarılır.

Çözüm

Bu materyalin okuyucuların baskılı devre kartlarının tasarımı ve üretimi hakkında fikir edinmelerine yardımcı olacağını düşünüyorum. Ve elektronikle ilgilenmeye başlayanlar için bunları evde yapmanın temel becerilerini edinin Baskılı devre kartlarına daha kapsamlı bir aşinalık için [L.2] okumasını tavsiye ederim. İnternetten indirilebilir.

Edebiyat

1. Politeknik Sözlüğü. Editör ekibi: Inglinsky A. Yu ve diğerleri M.: Sovyet Ansiklopedisi. 1989.
2. Medvedev A. M. Baskılı devre kartları. Tasarımlar ve malzemeler. M.: Teknosfer. 2005.
3. Baskılı devre kartı teknolojilerinin tarihinden // Electronics-NTB. 2004. Sayı 5.
4. Elektronik teknolojisindeki yeni ürünler. Intel üç boyutlu transistörler çağını başlatıyor. Geleneksel düzlemsel cihazlara alternatif // Electronics-NTB. 2002. Sayı 6.
5. Gerçekten üç boyutlu mikro devreler - ilk yaklaşım // Bileşenler ve Teknolojiler. 2004. Sayı 4.
6. Mokeev M.N., Lapin M.S. Teknolojik süreçler ve dokuma devre kartları ve kabloların üretimi için sistemler. L.: LDNTP 1988.
7. Volodarsky O. Bu bilgisayar bana uygun mu? Kumaşa dokunan elektronik moda oluyor // Electronics-NTB. 2003. Sayı 8.
8. Medvedev A. M. Baskılı devre kartı üretim teknolojisi. M.: Teknosfer. 2005.
9. Medvedev A. M. Baskılı devre kartlarının darbeli metalizasyonu // Elektronik endüstrisindeki teknolojiler. 2005. 4 numara
10. Baskılı devre kartları - geliştirme hatları, Vladimir Urazaev,

Firmamız standart FR4'ten mikrodalga malzemelere ve polimid'e kadar yüksek kaliteli ithal malzemelerden baskılı devre kartları üretmektedir. Bu bölümde baskılı devre kartı tasarımı ve imalatı alanında kullanılan temel terim ve kavramları tanımlıyoruz. Bu bölümde her tasarım mühendisinin aşina olduğu çok basit şeylerden bahsediliyor. Ancak burada birçok geliştiricinin her zaman dikkate almadığı bir takım nüanslar vardır.

*** Ek bilgi şu adresten edinilebilir:

Çok Katmanlı PCB Tasarımı
Çok katmanlı bir panelin tipik tasarımını ele alalım (Şekil 1). İlk, en yaygın seçenekte, levhanın iç katmanları "çekirdek" adı verilen çift taraflı bakır lamine cam elyafından oluşur. Dış katmanlar, "prepreg" adı verilen reçineli bir malzeme olan bir bağlayıcı kullanılarak iç katmanlarla preslenen bakır folyodan yapılır. Yüksek sıcaklıklarda preslendikten sonra, çok katmanlı bir baskılı devre kartının bir "pastası" oluşturulur ve burada delikler açılır ve metal kaplanır. Dış katmanlar önceden emprenye edilmiş malzemeyle bir arada tutulan “çekirdeklerden” oluştuğunda ikinci seçenek daha az yaygındır. Bu basitleştirilmiş bir açıklamadır; bu seçeneklere dayalı başka birçok tasarım vardır. Ancak temel prensip, prepreg'in katmanlar arasında bağlayıcı malzeme görevi görmesidir. Açıkçası, iki çift taraflı "çekirdeğin" önceden hazırlanmış bir ara parçası olmadan bitişik olduğu bir durum olamaz, ancak bir folyo-önceden hazırlanmış-folyo-önceden hazırlanmış...vb yapısı mümkündür ve genellikle kör panellerin karmaşık kombinasyonlarına sahip levhalarda kullanılır. ve gizli delikler.

Kör ve gizli delikler
"Kör delikler" terimi, dış katmanı en yakın iç katmanlara bağlayan ve ikinci bir dış katmana erişimi olmayan yolları ifade eder. İngilizce kör sözcüğünden gelir ve "kör delikler" terimine benzer. Gizli veya gömülü (İngiliz gömülü), iç katmanlarda delikler açılır ve dışarıya çıkışı yoktur. Kör ve gizli delikler için en basit seçenekler Şekil 1'de gösterilmektedir. 2. Çok yoğun kablolama durumunda veya her iki taraftaki düzlemsel bileşenlerle çok doymuş kartlar için kullanımları haklıdır. Bu deliklerin varlığı, kartın maliyetini bir buçuktan birkaç katına çıkarır, ancak çoğu durumda, özellikle mikro devreleri küçük adımlı bir BGA paketine yönlendirirken, onlarsız yapamazsınız. Bu tür yolların oluşturulmasının çeşitli yolları vardır; bunlar bölümde daha ayrıntılı olarak tartışılmıştır, ancak şimdilik çok katmanlı panelin yapıldığı malzemeleri daha ayrıntılı olarak ele alacağız.

Tg—cam geçiş sıcaklığı (yapının bozulması)
Dk - dielektrik sabiti

Baskılı devre kartları için temel dielektrikler
MPP'lerin üretiminde kullanılan malzemelerin ana türleri ve parametreleri Tablo 1'de verilmiştir. Baskılı devre kartlarının tipik tasarımları, genellikle -50 ila +110 ° çalışma sıcaklığına sahip standart FR4 tipi fiberglas laminatın kullanımına dayanmaktadır. C, cam geçiş (yıkım) sıcaklığı Tg yaklaşık 135 °C. Dielektrik sabiti Dk, tedarikçiye ve malzeme türüne bağlı olarak 3,8 ile 4,5 arasında olabilir. Isı direncine yönelik artan gereksinimler için veya levhaları kurşunsuz teknoloji (260 °C'ye kadar) kullanan bir fırına monte ederken, yüksek sıcaklık FR4 Yüksek Tg veya FR5 kullanılır. Yüksek sıcaklıklarda sürekli çalışma veya ani sıcaklık değişimleri gerektiğinde poliimid kullanılır. Ayrıca poliimid, askeri uygulamalar için yüksek güvenilirliğe sahip devre kartlarının üretiminde ve ayrıca elektriksel dayanıklılığın arttırılmasının gerekli olduğu durumlarda kullanılır. Mikrodalga devreli (2 GHz'den fazla) kartlar için ayrı mikrodalga malzeme katmanları kullanılır veya kartın tamamı mikrodalga malzemeden yapılır (Şekil 3). Özel malzemelerin en tanınmış tedarikçileri Rogers, Arlon, Taconic ve Dupont'tur. Bu malzemelerin maliyeti FR4'ten daha yüksektir ve FR4'ün maliyetine göre kabaca Tablo 1'in son sütununda gösterilmiştir. Farklı dielektrik tiplerine sahip kart örnekleri Şekil 1'de gösterilmektedir. 4, 5.

Malzeme kalınlığı
Mevcut malzeme kalınlıklarını bilmek bir mühendis için yalnızca levhanın genel kalınlığını belirlemek için önemli değildir. MPP'yi tasarlarken geliştiriciler aşağıdaki görevlerle karşı karşıya kalır:
- karttaki iletkenlerin dalga direncinin hesaplanması;
- katmanlar arası yüksek voltaj yalıtımının değerinin hesaplanması;
- kör ve gizli deliklerin yapısının seçimi.
Mevcut seçenekler ve çeşitli malzemelerin kalınlıkları tablo 2-6'da gösterilmektedir. Malzemenin kalınlığına ilişkin toleransın genellikle ±%10'a kadar olduğu, dolayısıyla bitmiş çok katmanlı levhanın kalınlığına ilişkin toleransın ±%10'dan az olamayacağı dikkate alınmalıdır.

Tablo 2. Baskılı devre kartının iç katmanları için çift taraflı FR4 “çekirdekler”

Genellikle stokta;
h - İstek üzerine (her zaman mevcut değildir)
m - İmal edilebilir;
Not: Bitmiş levhaların güvenilirliğini sağlamak için, yabancı iç katmanlar için 18 mikron yerine 35 mikron folyolu çekirdekler kullanmayı tercih ettiğimizi bilmek önemlidir (iletken ve 0,1 mm boşluk genişliği olsa bile). Bu, baskılı devre kartlarının güvenilirliğini artırır.
FR4 çekirdeklerin dielektrik sabiti markaya bağlı olarak 3,8 ile 4,4 arasında değişebilmektedir.

Tablo 3. Çok katmanlı baskılı devre kartları için ön hazırlık (“bağlama” katmanı)

FR4 prepreg'in dielektrik sabiti markaya bağlı olarak 3,8 ila 4,4 arasında değişebilir.
Lütfen belirli bir malzeme için bu parametreyi mühendislerimizle e-posta yoluyla kontrol edin.

Tablo 4. Baskılı devre kartları için Rogers mikrodalga malzemeleri

* Dk - dielektrik sabiti

Tablo 5. MPP için Arlon mikrodalga malzemeleri

Not: Mikrodalga malzemeleri her zaman stokta bulunmayabilir ve teslimat süreleri 1 aya kadar sürebilir. Pano tasarımı seçerken MPP üreticisinin stok durumunu kontrol etmeniz gerekir.

Dk — Dielektrik sabiti
Tg—cam geçiş sıcaklığı

Aşağıdaki noktaların önemine dikkat çekmek isterim:
1. Prensip olarak 0,1 ila 1,0 mm arasındaki tüm FR4 temel değerleri 0,1 mm'lik artışlarla mevcuttur. Ancak acil siparişleri tasarlarken PCB üreticisinin deposundaki malzemelerin kullanılabilirliğini önceden kontrol etmelisiniz.
2. Malzemenin kalınlığı söz konusu olduğunda - çift taraflı devre kartlarının imalatına yönelik malzemeler için, bakır dahil malzemenin kalınlığı belirtilir. MPP'nin iç katmanlarının “çekirdek” kalınlıkları dokümantasyonda bakır kalınlığı olmadan belirtilmiştir.
Örnek 1: FR4, 1,6/35/35 malzemesinin dielektrik kalınlığı vardır: 1,6-(2x35 µm)=1,53 mm (±%10 toleransla).
Örnek 2: FR4, 0,2/35/35 çekirdeğin dielektrik kalınlığı: 200 µm (±%10 toleransla) ve toplam kalınlığı: 200 µm+(2x35 µm)=270 µm.
3. Güvenilirliğin sağlanması. MPP'de izin verilen bitişik prepreg katman sayısı 2'den az ve 4'ten fazla değildir. "Çekirdekler" arasında tek bir prepreg katmanı kullanma olasılığı, desenin doğasına ve bitişik bakır katmanların kalınlığına bağlıdır. . Bakır ne kadar kalınsa ve iletkenlerin deseni ne kadar zenginse, iletkenler arasındaki boşluğu reçineyle doldurmak o kadar zor olur. Ve tahtanın güvenilirliği dolgunun kalitesine bağlıdır.
Örnek: bakır 17 mikron - 1 katman 1080, 2116 veya 106 kullanabilirsiniz; bakır 35 mikron - yalnızca 2116 için 1 kat kullanabilirsiniz.

PCB ped kaplamaları
Bakır pedler için ne tür kaplamaların mevcut olduğuna bakalım. Çoğu zaman siteler kalay-kurşun alaşımı veya PIC ile kaplanır. Lehim yüzeyini uygulama ve tesviye etme yöntemine HAL veya HASL denir (İngilizce Sıcak Hava Lehim Tesviyesi - lehimin sıcak hava ile tesviye edilmesinden). Bu kaplama pedlerin en iyi lehimlenebilirliğini sağlar. Ancak bunun yerini, genellikle uluslararası RoHS direktifinin gereklilikleriyle uyumlu olan daha modern kaplamalar alıyor. Bu direktif, ürünlerde kurşun dahil zararlı maddelerin bulunmasının yasaklanmasını gerektirir. RoHS şu ana kadar ülkemiz toprakları için geçerli değil ancak varlığını hatırlamakta fayda var. RoHS ile ilgili sorunlar sonraki bölümlerden birinde anlatılacaktır ancak şimdilik şuna bir göz atalım: olası seçenekler Tablo 7'de MPP sahalarının kapsamı. HASL, başka gereksinimler olmadığı sürece her yerde uygulanır. Daha pürüzsüz bir tahta yüzeyi sağlamak için daldırma (kimyasal) altın kaplama kullanılır (bu özellikle BGA pedleri için önemlidir), ancak lehimlenebilirliği biraz daha düşüktür. Fırında lehimleme HASL ile hemen hemen aynı teknoloji kullanılarak gerçekleştirilir, ancak elle lehimleme özel eritkenlerin kullanılmasını gerektirir. Organik kaplama veya OSP, bakır yüzeyini oksidasyondan korur. Dezavantajı lehimlenebilirliğin kısa raf ömrüdür (6 aydan az). Daldırma kalay, sınırlı bir lehim ömrüne sahip olmasına rağmen, pürüzsüz bir yüzey ve iyi lehimlenebilirlik sağlar. Kurşunsuz HAL, kurşun içeren HAL ile aynı özelliklere sahiptir ancak lehimin bileşimi yaklaşık olarak %99,8 kalay ve %0,2 katkı maddelerinden oluşur. Kartın çalışması sırasında sürtünmeye maruz kalan bıçak konektörlerinin temas noktaları, daha kalın ve daha sert bir altın tabakasıyla elektrolizle kaplanmıştır. Her iki yaldız türünde de altının yayılmasını önlemek için nikel bir alt katman kullanılır.

Tablo 7. PCB ped kaplamaları

Not: HASL dışındaki tüm kaplamalar RoHS uyumludur ve kurşunsuz lehimlemeye uygundur.

Koruyucu ve diğer baskılı devre kartı kaplamaları
Resmi tamamlamak için baskılı devre kartı kaplamalarının işlevsel amacını ve malzemelerini ele alalım.
- Lehim maskesi - iletkenleri kazara kısa devrelerden ve kirden korumak ve ayrıca fiberglas laminatı lehimleme sırasında termal şoktan korumak için panel yüzeyine uygulanır. Maske başka herhangi bir işlevsel yük taşımaz ve neme, küflenmeye, bozulmaya vb. karşı koruma görevi yapamaz (özel tip maskelerin kullanıldığı durumlar hariç).
- İşaretleme - panonun kendisinin ve üzerinde bulunan bileşenlerin tanımlanmasını kolaylaştırmak için panoya maskenin üzerine boya ile uygulanır.
- Soyulabilir maske - panelin lehimleme gibi geçici olarak korunması gereken belirli alanlarına uygulanır. Kauçuğa benzer bir bileşik olduğundan ve kolayca soyulduğundan gelecekte çıkarılması kolaydır.
- Karbon temas kaplaması - klavyeler için temas alanları olarak tahtanın belirli bölgelerine uygulanır. Kaplama iyi iletkenliğe sahiptir, oksitlenmez ve aşınmaya dayanıklıdır.
- Grafit dirençli elemanlar - dirençlerin işlevini yerine getirmek için tahtanın yüzeyine uygulanabilir. Ne yazık ki, mezheplerin doğruluğu düşüktür - ±%20'den daha doğru değildir (lazer ayarıyla - %5'e kadar).
- Gümüş kontak köprüleri - yönlendirme için yeterli alan olmadığında başka bir iletken katman oluşturarak ek iletkenler olarak uygulanabilir. Esas olarak tek katmanlı ve çift taraflı baskılı devre kartlarında kullanılır.

Tablo 8. PCB Yüzey Kaplamaları

Çözüm
Malzeme seçimi büyüktür, ancak ne yazık ki, çoğu zaman küçük ve orta boyutlu baskılı devre kartlarının üretiminde, MPP'yi üreten tesisin deposunda gerekli malzemelerin bulunması, tökezleyen bir engel haline gelir. Bu nedenle bir MPP tasarlamadan önce, özellikle standart dışı bir tasarım oluşturmak ve standart dışı malzemeler kullanmaktan bahsediyorsak, MPP'de kullanılan malzemeler ve katman kalınlıkları konusunda üretici ile anlaşmak ve belki de bu malzemeleri sipariş etmek gerekir. peşin.

Baskılı devre kartı (İngilizce PCB - baskılı devre kartı)- üzerinde en az bir elektriksel olarak iletken devrenin (elektronik devre) oluşturulduğu (genellikle baskı yoluyla) dielektrikten yapılmış bir plaka. Baskılı devre kartı, çeşitli elektronik bileşenlerin elektriksel ve mekanik bağlantısı veya bireysel elektronik bileşenlerin bağlantısı için tasarlanmıştır. Baskılı devre kartı üzerindeki elektronik bileşenler, pinlerinden iletken desenli elemanlara, genellikle lehimleme, sarma, perçinleme veya presleme yoluyla bağlanır ve bu, bir elektronik modülün (veya monte edilmiş baskılı devre kartının) monte edilmesiyle sonuçlanır.

Kurul türleri

Elektriksel olarak iletken bir desene sahip katman sayısına bağlı olarak baskılı devre kartları tek taraflı, çift taraflı ve çok katmanlı olarak ayrılır.
Farklı Duvara monte Baskılı devre kartı üzerindeki elektriksel olarak iletken desen, toplama veya çıkarma yöntemi kullanılarak folyodan yapılır. Katkı yönteminde, folyo olmayan bir malzeme üzerinde, genellikle malzemeye önceden uygulanan koruyucu bir maske aracılığıyla kimyasal bakır kaplama yoluyla iletken bir desen oluşturulur. Çıkarma yönteminde, genellikle kimyasal aşındırma kullanılarak folyonun gereksiz bölümleri çıkarılarak folyo malzemesi üzerinde iletken bir desen oluşturulur.

Baskılı devre kartı genellikle ek olarak koruyucu bir kaplama ile kaplanabilen montaj delikleri ve pedleri içerir: kalay-kurşun alaşımı, kalay, altın, gümüş, organik koruyucu kaplama. Ayrıca baskılı devre kartlarında, kart katmanlarının elektrik bağlantısı için kanallar ve harici bir yalıtım kaplaması bulunur (“ koruyucu maske") yalıtım katmanıyla temas için kullanılmayan levha yüzeyini kaplayan işaretleme genellikle serigrafi baskı kullanılarak, daha az sıklıkla mürekkep püskürtmeli veya lazerle uygulanır.

Baskılı devre kartı türleri

İletken malzeme katmanlarının sayısına göre:
-Tek taraflı
-Çift taraflı
-Çok katmanlı (MPP)

Esneklik açısından:
-Zor
-Esnek

Kurulum teknolojisine göre:
-Delik montajı için
-Yüzey Montajı

Her baskılı devre kartı tipi, özel çalışma koşullarına (örneğin, genişletilmiş sıcaklık aralığı) veya uygulama özelliklerine (örneğin, yüksek frekanslarda çalışan cihazlarda) yönelik gereksinimler nedeniyle kendi özelliklerine sahip olabilir.

Malzemeler

Baskılı devre kartının temeli bir dielektriktir; en yaygın kullanılan malzemeler textolite, fiberglas ve getinax'tır.
Ayrıca, baskılı devre kartlarının temeli, bir dielektrik (örneğin anodize edilmiş alüminyum) ile kaplanmış metal bir taban olabilir; dielektrik üzerine bakır folyo raylar uygulanır. Bu tür baskılı devre kartları, elektronik bileşenlerden ısının verimli bir şekilde uzaklaştırılması için güç elektroniğinde kullanılır. Bu durumda kartın metal tabanı radyatöre tutturulur.
Mikrodalga aralığında ve 260 °C'ye kadar sıcaklıklarda çalışan baskılı devre kartları için kullanılan malzeme, cam kumaş (örneğin FAF-4D) ve seramikle güçlendirilmiş floroplastiktir. Esnek panolar Kapton gibi poliimid malzemelerden yapılmıştır.

FR-4

NEMA sınıflandırmasına (Ulusal Elektrik Üreticileri Birliği, ABD) göre FR-4 genel adı altında bir malzeme ailesi. Bu malzemeler, mekanik dayanım gereksinimlerinin arttığı DPP, MPP ve OPP üretiminde en yaygın kullanılan malzemelerdir. FR-4, bağlayıcı olarak epoksi reçineli (cam elyafı) cam elyafına dayalı bir malzemedir. Genellikle mat sarımsı bir renk veya şeffaf, tanıdık bir yeşil renk, baskılı devre kartının yüzeyine uygulanan bir lehim maskesi ile verilir. Yanıcılık sınıfı UL94-V0.
FR-4'ün özelliklerine ve uygulamasına bağlı olarak
-standart, cam geçiş sıcaklığı Tg ~130°C ile, UV engellemeli veya engellemesiz. En yaygın ve yaygın olarak kullanılan tip, aynı zamanda FR-4 arasında en ucuz olanıdır;

Yüksek camsı geçiş sıcaklığına sahip olan Tg ~170°C-180°C;
-halojensiz;
-standartlaştırılmış bir izleme indeksi ile, CTI ≥400, ≥600;
- düşük dielektrik sabiti ε ≤3,9 ve küçük açı tanjantı ile yüksek frekans dielektrik kayıpları df ≤0,02.

CEM-3

NEMA sınıflandırmasına göre CEM-3 malzeme ailesi. Cam elyafı-epoksi kompozit malzeme tipik olarak süt beyazı veya berraktır. Aralarına dokunmamış cam elyafın (fiberglas keçe) yerleştirildiği iki dış cam elyaf katmanından oluşur. Metalize fiber levha üretiminde yaygın olarak kullanılır. Özellikleri FR-4'e çok yakındır ve farklılık gösterir. genel olarak, yalnızca daha az mekanik mukavemet. Uygulamaların büyük çoğunluğu için FR-4'e mükemmel, düşük maliyetli bir alternatiftir. Mükemmel mekanik işleme (frezeleme, damgalama). Yanıcılık sınıfı UL94-V0.
Özelliklerine ve uygulama kapsamına bağlı olarak CEM-3 aşağıdaki alt sınıflara ayrılır:
-standart, UV engellemeli veya engellemesiz;

CEM-1

NEMA sınıflandırmasına göre malzeme sınıfı CEM-1. Bu kompozit malzemeler, dış tarafında iki kat fiberglas bulunan bir kağıt taban üzerinde yapılır. Genellikle süt beyazı, süt sarısı veya kahverengimsi kahverengidir. Deliklerin metalizasyon işlemiyle uyumlu değildir, bu nedenle yalnızca OPP üretimi için kullanılırlar. Dielektrik özellikleri FR-4'e yakındır, mekanik özellikleri biraz daha kötüdür. CEM-1, maliyetin belirleyici bir faktör olduğu tek taraflı PCB üretiminde FR-4'e iyi bir alternatiftir. Mükemmel mekanik işleme (frezeleme, damgalama). Yanıcılık sınıfı UL94-V0.
Aşağıdaki alt sınıflara ayrılmıştır:
-standart;
-kurşunsuz kalaylama ve lehimleme teknolojileriyle uyumlu yüksek sıcaklık;
-halojensiz, fosfor ve antimonsuz;
-standartlaştırılmış bir izleme indeksi ile, CTI ≥600
- Arttırılmış boyutsal stabilite ile neme dayanıklı

FR-1/FR-2

NEMA sınıflandırmasına göre malzeme sınıfı FR-1 ve FR-2. Bu malzemeler fenolik kağıt bazında yapılır ve yalnızca OPP üretiminde kullanılır. FR-1 ve FR-2 benzer özelliklere sahiptir; FR-2, FR-1'den yalnızca bağlayıcı olarak daha yüksek cam geçiş sıcaklığına sahip değiştirilmiş bir fenolik reçinenin kullanılmasıyla farklılık gösterir. FR-1 ve FR-2'nin benzer özellikleri ve uygulamaları nedeniyle çoğu malzeme üreticisi bu malzemelerden yalnızca birini, genellikle FR-2'yi üretir. Mükemmel mekanik işleme (frezeleme, damgalama). Ucuz. Yanıcılık sınıfı UL94-V0 veya V1.
Aşağıdaki alt sınıflara ayrılmıştır:
-standart;
-halojen içermez, fosfor ve antimon içermez, toksik değildir;
-neme dayanıklı

PCB Kaplamaları

Baskılı devre kartlarının depolamadan sonra lehimlenebilirliğini korumak, elektronik bileşenlerin güvenilir kurulumunu sağlamak ve çalışma sırasında lehimli veya kaynaklı bağlantıların özelliklerini korumak için, baskılı devre kartının kontak pedlerinin bakır yüzeyinin lehimlenebilir bir yüzeyle korunması gerekir. kaplama, sözde bitirme kaplaması. Baskılı devre kartlarınızın üretiminde bunlardan birini veya birkaçını aynı anda en iyi şekilde seçmenize olanak tanıyan geniş bir son kat kaplama yelpazesi sunuyoruz.

HAL veya HASL (İngilizce Sıcak Hava Tesviyesi veya Sıcak Hava Lehim Tesviyesi - sıcak hava tesviyesi) kalay-kurşun alaşımı (Sn/Pb), örneğin OS61, OS63 bazlı lehimler kullanarak ve bir hava bıçağıyla tesviye ederek. İmalatın son aşamasında, önceden oluşturulmuş bir baskılı devre kartına, bir eriyik banyosuna daldırılarak uygulanan bir lehim maskesi ile uygulanır ve daha sonra bir hava bıçağı kullanılarak fazla lehimin tesviye edilmesi ve çıkarılması sağlanır. Şu anda en yaygın olan bu kaplama klasiktir, en ünlüsüdür ve uzun süredir kullanılmaktadır. Daha sonra bile mükemmel PCB lehimlenebilirliği sağlar Uzun süreli depolama. HAL kaplama teknolojik olarak gelişmiş ve ucuzdur. Hepsiyle uyumlu bilinen yöntemler kurulum ve lehimleme - manuel, dalga lehimleme, fırında yeniden akıtma vb. Bu tür son kat kaplamanın dezavantajları arasında varlığı bulunur. yol göstermek - Avrupa Birliği'nde RoHS direktifi (Tehlikeli Maddelerin Kısıtlanması Direktifleri) tarafından kullanılması yasaklanmış en zehirli metallerden biri ve ayrıca HAL kaplamanın, mikro devreleri monte etmek için temas pedlerinin düzlük koşullarını karşılamaması gerçeği çok yüksek düzeyde entegrasyon. Kaplama, kristallerin bir karta (COB - Chip on board) yapıştırılması ve uç kontaklara (lameller) uygulanması teknolojisine uygun değildir.

HAL kurşunsuz - HAL kaplama seçeneği, ancak kurşunsuz lehimler kullanılıyor, örneğin Sn100, Sn96.5/Ag3/Cu0.5, SnCuNi, SnAgNi. Kaplama, RoHS gerekliliklerine tamamen uygundur ve çok iyi bir güvenlik ve lehimlenebilirliğe sahiptir. Bu son kat Baskılı devre kartının ve elektronik bileşenlerin temel malzemesi üzerinde daha yüksek sıcaklık gereksinimleri getiren PIC tabanlı HAL'den daha yüksek bir sıcaklıkta uygulanır. Kaplama, hem kurşunsuz lehimlerin (en çok tavsiye edilen) hem de kalay-kurşun lehimlerin kullanıldığı tüm montaj ve lehimleme yöntemleriyle uyumludur, ancak dikkatli bir dikkat gerektirir. sıcaklık koşulları erzak. Sn/Pb bazlı HAL ile karşılaştırıldığında bu kaplama, kurşunsuz lehimlerin daha yüksek maliyeti ve ayrıca daha yüksek enerji yoğunluğu nedeniyle daha pahalıdır.

HAL kaplamanın ana sorunu , kaplamanın kalınlığında önemli bir eşitsizliktir. Sorun özellikle 0,5 mm veya daha az pin aralığına sahip QFP'ler ve 0,8 mm veya daha az pin aralığına sahip BGA'lar gibi küçük pin aralığına sahip bileşenler için ciddidir. Kaplamanın kalınlığı, temas pedinin geometrik boyutlarına ve hava bıçağının eşit olmayan darbesine bağlı olarak 0,5 mikrondan 40 mikrona kadar değişebilir. Ayrıca HASL uygulandığında termal şok sonucu baskılı devre kartının bükülme/burulma şeklinde bükülmesi mümkündür. Bu özellikle kalın levhalar için geçerlidir.<1,0 мм и для плат с несимметричным стеком слоев, несбалансированных по меди, имеющих несимметричные по слоям сплошные медные заливки, ряды металлизированных отверстий, а также для бессвинцового покрытия.

Daldırma altın (ENIG - Akımsız Nikel/Immersion Gold) - Ni/Au ailesinin kaplaması. Kaplama kalınlığı: Ni 3-7 mikron, Au 0,05-0,1 mikron. Lehim maskesindeki pencerelerden kimyasal olarak uygulanır. Düz pedler, iyi lehimlenebilirlik, pedlerin yüksek yüzey iletkenliği ve uzun raf ömrü sağlayan, yaygın olarak bulunabilen kurşunsuz bir kaplama. İnce adımlı bileşenler ve devre içi testler için idealdir. Kaplama RoHS gerekliliklerine tamamen uygundur. Tüm montaj ve lehimleme yöntemleriyle uyumludur. HASL'a göre daha pahalıdır.

Daldırma altını uygulamak için birçok kimyasal üreticisi vardır ve bunu uygulama teknolojisi, kimyasal üreticisinden kimyasal üreticisine farklılık gösterir. Nihai sonuç aynı zamanda kimyasal seçimine ve uygulama sürecine de bağlıdır. Bazı kimyasallar belirli bir lehim maskesi türüyle uyumlu olmayabilir. Bu tip kaplama, iki tür kritik kusurun oluşmasına eğilimlidir - “siyah ped” (siyah ped, ped yüzeyinin lehimle ıslanmaması) ve mekanik veya termal yükler altında çatlama (nikel ve nikel arasında çatlama meydana gelir) bakır tabakası, intermetalik tabaka boyunca). Ayrıca kaplama uygulanırken lehim bağlantısının kırılganlığını önlemek için altın miktarı kontrol edilmelidir. Daldırma altını uygulama teknolojisine tam bağlılık ve çözümlerin zamanında değiştirilmesi, kaplamanın kalitesini ve siyah ped kusurlarının bulunmadığını garanti eder. Mekanik yükler altında çatlamayı önlemek için 25x25 mm'den büyük BGA paketleri kullanıldığında veya kart boyutu 250 mm'den fazla olduğunda baskılı devre kartı kalınlığının 2,0 mm veya daha fazlasına çıkarılması önerilir. Levhanın kalınlığının arttırılması, levha büküldüğünde bileşenler üzerindeki mekanik gerilimi azaltır.

Altın Parmaklar - Ni/Au ailesinin kaplaması. Kaplama kalınlığı: Ni 3-5 mikron, Au 0,5-1,5 mikron. Elektrokimyasal biriktirme (elektrokaplama) ile uygulanır. Uç kontaklara ve lamellere uygulama için kullanılır. Yüksek mekanik mukavemete, aşınmaya ve olumsuz çevresel etkilere karşı dirence sahiptir. Güvenilir ve dayanıklı elektrik temasının sağlanmasının önemli olduğu yerlerde vazgeçilmezdir.

Daldırma kalay - RoHS gereksinimlerini karşılayan ve baskılı devre kartlarının yüksek düzeyde düzlüğünü sağlayan kimyasal kaplama. Tüm lehimleme yöntemlerine uyumlu teknolojik kaplama. Eski kaplama türlerini kullanma deneyimine dayanan popüler yanılgıların aksine, daldırma kalay, yeterince uzun bir saklama süresinden sonra iyi lehimlenebilirlik sağlar - 6 aylık garantili raf ömrü. (kaplamanın lehimlenebilirliği, doğru şekilde saklandığı takdirde bir yıl veya daha uzun süre dayanır). İyi lehimlenebilirliğin bu kadar uzun süre korunması, temas pedlerinin bakırı ile kalayın kendisi arasına bir bariyer olarak organometal bir alt katmanın eklenmesiyle sağlanır. Bariyer alt tabakası, bakır ve kalayın karşılıklı difüzyonunu, metaller arası bileşiklerin oluşumunu ve kalayın yeniden kristalleşmesini önler. Yaklaşık 1 mikron kalınlığında organometal alt katmana sahip daldırma kalaylı son kaplama pürüzsüz, düz bir yüzeye sahiptir, lehimlenebilirliği korur ve oldukça uzun bir depolama süresinden sonra bile birkaç yeniden lehimleme olasılığını korur.

OSP (İngilizce Organik Lehimlenebilirlik Koruyucularından) - doğrudan bakır pedlere uygulanan ve depolama ve lehimleme sırasında bakır yüzeyinin oksidasyondan korunmasını sağlayan bir grup organik son kat kaplama. Bileşen aralıkları azaldıkça gerekli düzlüğü sağlayan kaplamalara ve özellikle OSP'ye olan ilgi sürekli artıyor. Son zamanlarda OSP kaplamaları hızla ilerlemektedir; geçişler (günler) arasında oldukça uzun zaman aralıkları olsa bile, bakır oksidasyonu olmadan çok geçişli lehimleme sağlayan kaplama çeşitleri ortaya çıkmıştır. Yaklaşık 0,01 mikronluk ince bir kaplama ile 0,2 - 0,5 mikron veya daha fazla nispeten kalın bir kaplama arasında bir ayrım yapılır. İki veya çok geçişli lehimlemeyi sağlamak için kalın bir kaplama seçin. OSP düz yüzeyli pedler sağlar, kurşunsuzdur ve RoHS uyumludur ve uygun şekilde saklanıp kullanıldığında çok güvenilir bir lehim bağlantısı sağlar. İnce OSP kaplama HAL'den daha ucuzdur. Kalın - neredeyse HAL kadar.

Ancak OSP, yeniden akıtma işlemi sırasında bakır pedin uçlarının lehimle kaplanmasını garanti etmez. Yüzeydeki lehim akışı HASL kaplamaya göre daha kötüdür. Bu nedenle macunu uygularken şablondaki deliklerin temas pediyle aynı boyutta yapılması gerekir. Aksi takdirde, pedin tüm yüzeyi lehimle kaplanmayacaktır (bu kusur yalnızca kozmetik olmasına rağmen bağlantının güvenilirliği çok iyi kalır). Lehimle kaplanmayan bakır yüzey zamanla oksitlenerek onarımları olumsuz yönde etkileyebilir. Dalga lehimleme sırasında metalize deliklerin ıslatılması sorunu da vardır. Lehimlemeden önce yeterince büyük miktarda akı uygulamak gerekir, lehimin deliği içeriden ıslatması ve tahtanın arkasında bir fileto oluşturması için akı deliklere girmelidir. Bu kaplamanın dezavantajları ayrıca şunları içerir: kullanımdan önce kısa depolama süresi, terpen solventlerle uyumsuzluk, devre içi ve fonksiyonel testler sırasında test edilebilirlik üzerindeki sınırlamalar (bu durum, test noktalarına lehim pastası uygulanarak kısmen çözülür). OSP'yi seçtiyseniz Enthone'un ENTEK kaplamalarını (ENTEK PLUS, ENTEK PLUS HT) kullanmanızı öneririz çünkü bunlar ıslanabilirlik, bağlantı güvenilirliği ve çoklu geçişin en iyi kombinasyonunu sağlar.

Gelişim

1-2 katmanlı bir tahta için tipik bir geliştirme sürecine bakalım.
-Boyutların belirlenmesi (bir devre tahtası için önemli değildir).
-Bir dizi standart malzeme arasından tahta malzemesi kalınlığı seçimi:
-En çok kullanılan malzeme 1,55 mm kalınlığındadır.
-Panonun boyutlarının (kenarlarının) BOARD katmanında CAD programında çizilmesi.
-Büyük radyo bileşenlerinin konumu: konektörler vb. Bu genellikle üst katmanda (ÜST) meydana gelir:
-Her bileşenin çizimlerinin, pimlerin konumu ve sayısının vb. önceden belirlendiği (veya hazır bileşen kitaplıklarının kullanıldığı) varsayılmaktadır.
Kalan bileşenleri üst katmana veya daha az yaygın olarak, 2 taraflı kartlar için her iki katmana "dağıtmak".
-İzleyiciyi başlat. Sonuç tatmin edici değilse bileşenler yeniden konumlandırılır. Bu iki adım genellikle arka arkaya onlarca veya yüzlerce kez gerçekleştirilir.
Bazı durumlarda baskılı devre kartlarının takibi (izlerin çizilmesi) tamamen veya kısmen manuel olarak yapılır.
-Kartın hatalara karşı kontrol edilmesi (DRC, Tasarım Kuralları Kontrolü): boşlukların, kısa devrelerin, örtüşen bileşenlerin vb. kontrol edilmesi.
-Dosyayı Gerber gibi PCB üreticisi tarafından kabul edilen bir formata aktarın.

Üretme

Baskılı devre kartlarının imalatı genellikle bir iş parçasının (folyo malzemesi) işlenmesini ifade eder. Tipik bir işlem birkaç aşamadan oluşur: yolların delinmesi, fazla bakır folyonun çıkarılmasıyla bir iletken modelinin elde edilmesi, deliklerin kaplanması, koruyucu kaplamaların ve kalaylamanın uygulanması ve işaretlerin uygulanması.

Tel deseni elde etme

Devre kartlarının imalatında gerekli iletken deseni ve bunların kombinasyonlarını yeniden üretmek için kimyasal, elektrolitik veya mekanik yöntemler kullanılır.

Kimyasal yöntem

Baskılı devre kartlarının bitmiş folyo malzemeden üretilmesine yönelik kimyasal yöntem iki ana aşamadan oluşur: folyoya koruyucu bir katman uygulanması ve korunmasız alanların kimyasal yöntemler kullanılarak aşındırılması.

Endüstride koruyucu katman, ultraviyole duyarlı bir fotorezist, bir fotomask ve bir ultraviyole ışık kaynağı kullanılarak fotokimyasal olarak uygulanır. Fotorezist sıvı veya film olabilir. Sıvı fotorezist, uygulama teknolojisine uyulmamasına karşı hassas olduğundan endüstriyel koşullarda uygulanır. Film fotorezisti el yapımı devre kartları için popülerdir. Fotomask, üzerine iz deseni basılmış, UV'ye karşı şeffaf bir malzemedir. Pozlamanın ardından fotorezist, geleneksel fotoğraf işleminde olduğu gibi geliştirilir ve kürlenir.

Vernik veya boya formunda koruyucu bir katman serigrafi veya manuel olarak uygulanabilir. Folyo üzerinde gravür maskesi oluşturmak için radyo amatörleri, lazer yazıcıda basılan bir görüntüden toner transferini kullanır (“lazer-demir teknolojisi”).

Korumasız folyo daha sonra ferrik klorür veya (çok daha az yaygın olarak) bakır sülfat gibi diğer kimyasalların bir çözeltisine kazınır. Aşındırmadan sonra koruyucu desen folyodan yıkanır.

Mekanik yöntem

Mekanik üretim yöntemi, belirli alanlardan bir folyo tabakasının mekanik olarak çıkarılması için freze ve gravür makinelerinin veya diğer aletlerin kullanılmasını içerir.
-Deliklerin metalizasyonu
-Kaplama

Olası kaplamalar şunları içerir:
-Koruyucu vernik kaplamalar (“lehim maskesi”).
- Kalaylama.
- Temas özelliklerini iyileştirmek için folyonun inert metallerle (altın kaplama, paladizasyon) ve iletken verniklerle kaplanması.
-Dekoratif ve bilgi kaplamaları (etiketleme).

Çok katmanlı PCB'ler

Çok katmanlı baskılı devre kartları (kısaltılmış MPP[kaynak?], İngilizce çok katmanlı baskılı devre kartı), çift taraflı bir kart üzerindeki bağlantıların kablolanmasının çok karmaşık hale geldiği durumlarda kullanılır. Tasarlanan cihazların karmaşıklığı ve montaj yoğunluğu arttıkça kartlardaki katman sayısı da artıyor.

Çok katmanlı kartlarda, dış katmanlar (aynı zamanda kanallar) bileşenleri monte etmek için kullanılır ve iç katmanlar ara bağlantılar veya katı güç planları (çokgenler) içerir. İletkenleri katmanlar arasında bağlamak için metalize vialar kullanılır. Çok katmanlı baskılı devre kartlarının üretiminde öncelikle iç katmanlar üretilir ve bunlar daha sonra özel yapışkan pedler (prepregler) aracılığıyla birbirine yapıştırılır. Daha sonra geçiş deliklerinin preslenmesi, delinmesi ve metalleştirilmesi gerçekleştirilir.

Çok Katmanlı PCB Tasarımı

Çok katmanlı bir panelin tipik tasarımını ele alalım (Şekil 1). İlk, en yaygın seçenekte, levhanın iç katmanları "çekirdek" adı verilen çift taraflı bakır lamine cam elyafından oluşur. Dış katmanlar, "prepreg" adı verilen reçineli bir malzeme olan bir bağlayıcı kullanılarak iç katmanlarla preslenen bakır folyodan yapılır. Yüksek sıcaklıklarda preslendikten sonra, çok katmanlı bir baskılı devre kartının bir "pastası" oluşturulur ve burada delikler açılır ve metal kaplanır. Dış katmanlar önceden emprenye edilmiş malzemeyle bir arada tutulan “çekirdeklerden” oluştuğunda ikinci seçenek daha az yaygındır. Bu basitleştirilmiş bir açıklamadır; bu seçeneklere dayalı başka birçok tasarım vardır. Ancak temel prensip, prepreg'in katmanlar arasında bağlayıcı malzeme görevi görmesidir. Açıkçası, iki çift taraflı "çekirdeğin" bir ön emprenye ara parçası olmadan bitişik olduğu bir durum olamaz, ancak bir folyo-prepreg-folyo-prepreg... vb. yapı mümkündür ve genellikle karmaşık kombinasyonlara sahip levhalarda kullanılır. kör ve gizli delikler.

Kör ve gizli delikler

Dönem " kör delikler "dış katmanı en yakın iç katmanlara bağlayan ve ikinci dış katmana erişimi olmayan geçişler anlamına gelir. İngilizce kör sözcüğünden gelir ve "kör delikler" terimine benzer. Gizli veya gömülü (İngiliz gömülü), iç katmanlarda delikler açılır ve dışarıya çıkışı yoktur. Kör ve gizli delikler için en basit seçenekler Şekil 1'de gösterilmektedir. 2. Çok yoğun kablolama durumunda veya her iki taraftaki düzlemsel bileşenlerle çok doymuş kartlar için kullanımları haklıdır. Bu deliklerin varlığı, kartın maliyetini bir buçuktan birkaç katına çıkarır, ancak çoğu durumda, özellikle mikro devreleri küçük adımlı bir BGA paketine yönlendirirken, onlarsız yapamazsınız. Bu tür geçişleri oluşturmanın çeşitli yolları vardır, bunlar bölümünde daha ayrıntılı olarak ele alınmıştır. Kör ve gizli delikli tahtalar, ancak şimdilik çok katmanlı bir levhanın yapıldığı malzemelere daha yakından bakalım.

Baskılı devre kartları için temel dielektrikler
MPP'lerin üretiminde kullanılan malzemelerin ana türleri ve parametreleri Tablo 1'de verilmiştir. Baskılı devre kartlarının tipik tasarımları, genellikle –50 ila +110 ° çalışma sıcaklığına sahip FR4 tipi standart fiberglas laminatın kullanımına dayanmaktadır. C, cam geçiş (yıkım) sıcaklığı Tg yaklaşık 135 °C. Dielektrik sabiti Dk, tedarikçiye ve malzeme türüne bağlı olarak 3,8 ile 4,5 arasında olabilir. Isı direncine yönelik artan gereksinimler için veya levhaları kurşunsuz teknoloji (260 °C'ye kadar) kullanan bir fırına monte ederken, yüksek sıcaklık FR4 Yüksek Tg veya FR5 kullanılır. Yüksek sıcaklıklarda sürekli çalışma veya ani sıcaklık değişimleri gerektiğinde poliimid kullanılır. Ayrıca poliimid, askeri uygulamalar için yüksek güvenilirliğe sahip devre kartlarının üretiminde ve ayrıca elektriksel dayanıklılığın arttırılmasının gerekli olduğu durumlarda kullanılır. Mikrodalga devreli (2 GHz'den fazla) kartlar için ayrı mikrodalga malzeme katmanları kullanılır veya kartın tamamı mikrodalga malzemeden yapılır (Şekil 3). Özel malzemelerin en tanınmış tedarikçileri Rogers, Arlon, Taconic ve Dupont'tur. Bu malzemelerin maliyeti FR4'ten daha yüksektir ve FR4'ün maliyetine göre kabaca Tablo 1'in son sütununda gösterilmiştir. Farklı dielektrik tiplerine sahip kart örnekleri Şekil 1'de gösterilmektedir. 4, 5.

Malzeme kalınlığı
Mevcut malzeme kalınlıklarını bilmek bir mühendis için yalnızca levhanın genel kalınlığını belirlemek için önemli değildir. MPP'yi tasarlarken geliştiriciler aşağıdaki görevlerle karşı karşıya kalır:
- karttaki iletkenlerin dalga direncinin hesaplanması;
- katmanlar arası yüksek voltaj yalıtımının değerinin hesaplanması;
- kör ve gizli deliklerin yapısının seçimi.
Mevcut seçenekler ve çeşitli malzemelerin kalınlıkları tablo 2-6'da gösterilmektedir. Malzemenin kalınlığına ilişkin toleransın genellikle ±%10'a kadar olduğu, dolayısıyla bitmiş çok katmanlı levhanın kalınlığına ilişkin toleransın ±%10'dan az olamayacağı dikkate alınmalıdır.

Tablo 2. Baskılı devre kartının iç katmanları için çift taraflı FR4 “çekirdekler” Dielektrik kalınlık ve bakır kalınlığı 5 µm 17 µm 35 µm 70 µm 105 µm
0,050 mm a/a
0,075 mm mzz
0,100 mm a/a
0,150mm
0,200 mm m z z
0,250mm
0,300mm
0,350 mm m z z
0,400 mm a/a
0,450mm
0,710 mm m z z
0,930 mm m z
1.000 mm genişlik
1 mm'den fazla

Genellikle stokta;
h - İstek üzerine (her zaman mevcut değildir)
m - İmal edilebilir;
Not: Bitmiş levhaların güvenilirliğini sağlamak için, yabancı iç katmanlar için 18 mikron yerine 35 mikron folyolu çekirdekler kullanmayı tercih ettiğimizi bilmek önemlidir (iletken ve 0,1 mm boşluk genişliği olsa bile). Bu, baskılı devre kartlarının güvenilirliğini artırır.
FR4 çekirdeklerin dielektrik sabiti markaya bağlı olarak 3,8 ile 4,4 arasında değişebilmektedir.

PCB ped kaplamaları

Bakır pedler için ne tür kaplamaların mevcut olduğuna bakalım. Çoğu zaman siteler kalay-kurşun alaşımı veya PIC ile kaplanır. Lehim yüzeyini uygulama ve tesviye etme yöntemine HAL veya HASL denir (İngilizce Sıcak Hava Lehim Tesviyesi - lehimin sıcak hava ile tesviye edilmesinden). Bu kaplama pedlerin en iyi lehimlenebilirliğini sağlar. Ancak bunun yerini, genellikle uluslararası RoHS direktifinin gereklilikleriyle uyumlu olan daha modern kaplamalar alıyor. Bu direktif, ürünlerde kurşun dahil zararlı maddelerin bulunmasının yasaklanmasını gerektirir. RoHS şu ana kadar ülkemiz toprakları için geçerli değil ancak varlığını hatırlamakta fayda var. RoHS ile ilgili sorunlar sonraki bölümlerden birinde açıklanacaktır, ancak şimdilik MPP sitelerini kapsamaya yönelik olası seçeneklere bir göz atalım. HASL aksi gerekmedikçe her yerde kullanılır. Daha pürüzsüz bir tahta yüzeyi sağlamak için daldırma (kimyasal) altın kaplama kullanılır (bu özellikle BGA pedleri için önemlidir), ancak lehimlenebilirliği biraz daha düşüktür. Fırında lehimleme HASL ile hemen hemen aynı teknoloji kullanılarak gerçekleştirilir, ancak elle lehimleme özel eritkenlerin kullanılmasını gerektirir. Organik kaplama veya OSP, bakır yüzeyini oksidasyondan korur. Dezavantajı lehimlenebilirliğin kısa raf ömrüdür (6 aydan az). Daldırma kalay, sınırlı bir lehim ömrüne sahip olmasına rağmen, pürüzsüz bir yüzey ve iyi lehimlenebilirlik sağlar. Kurşunsuz HAL, kurşun içeren HAL ile aynı özelliklere sahiptir ancak lehimin bileşimi yaklaşık olarak %99,8 kalay ve %0,2 katkı maddelerinden oluşur. Kartın çalışması sırasında sürtünmeye maruz kalan bıçak konektörlerinin temas noktaları, daha kalın ve daha sert bir altın tabakasıyla elektrolizle kaplanmıştır. Her iki yaldız türünde de altının yayılmasını önlemek için nikel bir alt katman kullanılır.

Koruyucu ve diğer baskılı devre kartı kaplamaları
Resmi tamamlamak için baskılı devre kartı kaplamalarının işlevsel amacını ve malzemelerini ele alalım.
- Lehim maskesi - iletkenleri kazara kısa devrelerden ve kirden korumak ve ayrıca fiberglas laminatı lehimleme sırasında termal şoktan korumak için panel yüzeyine uygulanır. Maske başka herhangi bir işlevsel yük taşımaz ve neme, küflenmeye, bozulmaya vb. karşı koruma görevi yapamaz (özel tip maskelerin kullanıldığı durumlar hariç).
- İşaretleme - panonun kendisinin ve üzerinde bulunan bileşenlerin tanımlanmasını kolaylaştırmak için panoya maskenin üzerine boya ile uygulanır.
- Soyulabilir maske - panelin lehimleme gibi geçici olarak korunması gereken belirli alanlarına uygulanır. Kauçuğa benzer bir bileşik olduğundan ve kolayca soyulduğundan gelecekte çıkarılması kolaydır.
- Karbon temas kaplaması - klavyeler için temas alanları olarak tahtanın belirli bölgelerine uygulanır. Kaplama iyi iletkenliğe sahiptir, oksitlenmez ve aşınmaya dayanıklıdır.
- Grafit dirençli elemanlar - dirençlerin işlevini yerine getirmek için tahtanın yüzeyine uygulanabilir. Ne yazık ki, mezheplerin doğruluğu düşüktür - ±%20'den daha doğru değildir (lazer ayarıyla - %5'e kadar).
- Gümüş kontak köprüleri - yönlendirme için yeterli alan olmadığında başka bir iletken katman oluşturarak ek iletkenler olarak uygulanabilir. Esas olarak tek katmanlı ve çift taraflı baskılı devre kartlarında kullanılır.

Çözüm
Malzeme seçimi büyüktür, ancak ne yazık ki, çoğu zaman küçük ve orta boyutlu baskılı devre kartlarının üretiminde, MPP'yi üreten tesisin deposunda gerekli malzemelerin bulunması, tökezleyen bir engel haline gelir. Bu nedenle bir MPP tasarlamadan önce, özellikle standart dışı bir tasarım oluşturmak ve standart dışı malzemeler kullanmaktan bahsediyorsak, MPP'de kullanılan malzemeler ve katman kalınlıkları konusunda üretici ile anlaşmak ve belki de bu malzemeleri sipariş etmek gerekir. peşin.

Firmamız üretiyor baskılı panolar S FR4 standardından FR4'e kadar yüksek kaliteli yerli ve ithal malzemelerden Mikrodalga-FAF malzemeleri.

Tipik tasarımlar baskılı panolar standart kullanımına dayalı fiberglas ve -50 ila +110 °C çalışma sıcaklığına ve yaklaşık 135 °C Tg (yumuşama) cam geçiş sıcaklığına sahip FR4 tipi.

Artan ısı direnci gereksinimleri için veya kurulum e panolar Kurşunsuz teknoloji kullanılan fırında (t 260 °C'ye kadar), yüksek sıcaklıkta FR4 Yüksek Tg kullanılmaktadır.

için temel malzemeler baskılı panolar:

"+" - Genellikle stokta bulunur

"+/-" - İstek üzerine (her zaman mevcut değildir)

Çok katmanlı için önceden emprenye edilmiş (“bağlantı” katmanı) baskılı panolar

FR4 prepreg'in dielektrik sabiti markaya bağlı olarak 3,8 ila 4,4 arasında değişebilir.

FR-4

VT-47 (FR-4 Tg 180°C)

• Yüksek cam geçiş sıcaklığı FR-4 Tg 180°C
• Mükemmel ısı direnci
• Cam elyaf ve reçinenin elektrokimyasal korozyon işlemlerine karşı direnci (İletken Anodik Filament (CAF))
• UV engelleme
• Z ekseni boyunca düşük sıcaklık genleşme katsayısı

MI 1222

• yüzey elektrik direnci (Ohm): 7 x 1011;
• spesifik hacimsel elektrik direnci (Ohm·m): 1 x 1012;
• dielektrik sabiti: 4,8;
• folyo soyulma mukavemeti (N): 1,8.

FAF-4D

• 10 mm şerit başına folyonun tabana yapışma mukavemeti, N (kgf), 17,6(1,8)'den az değil
• 106 Hz frekansta dielektrik kayıp tanjantı, en fazla 7 x 10-4
• 1 MHz frekansında dielektrik sabiti 2,5 ± 0,1

F4BM350

• 10 GHz frekansında dielektrik kayıp tanjantı, 7x10-4'ten fazla değil
• 10 GHz'de dielektrik sabiti 3,5 ± %2
• Çalışma sıcaklığı -60 +260° C
• Mevcut levha boyutları, mm (levha genişliğinde ve uzunluğunda maksimum sapma 10 mm) 500x500

HA50

Dikkat: Tip 1 ve Tip 3 mevcuttur, lütfen tipini belirtin emir e.

T111

• Alüminyum taban kalınlığı – 1,5 mm
• Dielektrik kalınlığı - 100 mikron
• Bakır folyo kalınlığı – 35 mikron
• Dielektrik malzemenin ısıl iletkenliği - 2,2 W/mK
• Dielektrik termal direnç - 0,7°C/W
• Alüminyum alt katmanın termal iletkenliği (5052 - AMg2.5'in benzeri) - 138 W/mK
• Arıza gerilimi – 3 KV
• Cam geçiş sıcaklığı (Tg) – 130
• Hacim direnci – 108 MΩ×cm
• Yüzey direnci - 106 MΩ
• En yüksek çalışma voltajı (CTI) – 600V

Üretimde kullanılan koruyucu lehim maskeleri baskılı panolar

Lehimleme maske(aka "yeşil malzeme"), iletkenleri lehimleme sırasında lehim ve akı girişinden ve ayrıca aşırı ısınmadan korumak için tasarlanmış dayanıklı bir malzeme tabakasıdır. Maske iletkenleri kapatır ve pedleri ve bıçak konektörlerini açıkta bırakır. Lehim maskesi uygulama yöntemi fotorezist uygulamaya benzer; ped desenli bir fotomask kullanılarak PCB'ye uygulanan maske malzemesi aydınlatılır ve polimerize edilir, lehim pedlerinin bulunduğu alanlar açığa çıkmaz ve maske Gelişimden sonra onlardan yıkanır. Daha sık lehimleme maske bakır tabakasına uygulanır. Bu nedenle, oluşmadan önce koruyucu kalay tabakası çıkarılır - aksi takdirde maskenin altındaki kalay ısınma nedeniyle şişer panolar S lehimleme sırasında.

PSR-4000 H85

Yeşil renkli, sıvı ışığa duyarlı, ısıyla sertleşen, 15-30 mikron kalınlığında, TAIYO MÜREKKEP (Japonya).

Aşağıdaki kuruluşlar ve son ürün üreticileri tarafından kullanım onayına sahiptir: NASA, IBM, Compaq, Lucent, Apple, AT&T, General Electric, Honeywell, General Motors, Ford, Daimler-Chrysler, Motorola, Intel, Micron, Ericsson, Thomson, Visteon , Alcatel, Sony, ABB, Nokia, Bosch, Epson, Airbus, Philips, Siemens, HP, Samsung, LG, NEC, Matsushita(Panasonic), Toshiba, Fujitsu, Mitsubishi, Hitachi, Toyota, Honda, Nissan ve daha birçokları ;

IMAGECURE XV-501

– renkli (kırmızı, siyah, mavi), iki bileşenli sıvı lehimleme maske, Coates Electrografis Ltd (İngiltere), kalınlık 15-30 mikron;

PSR-4000 LEW3

– beyaz, sıvı iki bileşenli lehimleme maske, TAIYO INK (Japonya), kalınlık 15-30 mikron;

Laminer D5030

– kuru, incecik maske DUNACHEM'den (Almanya), 75 mikron kalınlıkta, viyajların çadırlanmasını sağlar, yüksek yapışma özelliğine sahiptir.

İşaretleme

SunChemical XZ81(beyaz)

SunChemical XZ85(siyah)

Izgara grafik yöntemi SunChemical (İngiltere) kullanılarak uygulanan ısıyla sertleşen işaretleme boyaları.

Markalama mürekkebi AGFA DiPaMat Legend Ink Wh04 (beyaz)

Endüstriyel bir yazıcıda markalamaların mürekkep püskürtmeli baskısı için akrilik UV + ısıyla sertleşen mürekkep.

Kullanılan baz, folyo ve folyo olmayan dielektrikler (getinax, textolite, fiberglas, fiberglas, lavsan, poliamid, floroplastik vb.), seramik malzemeler, metal plakalar, yalıtım yastıklama malzemesidir (prepreg).

Folyo dielektrikler, genellikle elektrik yalıtım tabanına bitişik oksitlenmiş galvanik dirençli bir katmana sahip elektrolitik bakır folyo ile kaplanmış elektrik yalıtım tabanlarıdır. Amaca bağlı olarak folyo dielektrikler tek taraflı veya çift taraflı olabilir ve kalınlığı 0,06 ila 3,0 mm arasındadır.

Levhaların yarı katkılı ve katkı maddesi üretim yöntemlerine yönelik folyo olmayan dielektrikler, yüzeyde kimyasal olarak biriken bakırın dielektriklere daha iyi yapışmasını sağlayan özel olarak uygulanmış bir yapışkan katmana sahiptir.

PCB tabanları iletkenlerin metaline iyi yapışabilen bir malzemeden yapılmıştır; 7'den fazla olmayan bir dielektrik sabitine ve küçük bir dielektrik kayıp tanjantına sahip; yeterince yüksek mekanik ve elektriksel dayanıma sahip; dielektrikte talaş, çatlak ve delaminasyon oluşmadan kesme, damgalama ve delme yoluyla işleme imkanı sağlar; İklim faktörlerine maruz kaldığında özelliklerini koruyan, yanmaz ve yangına dayanıklı olması; devre tasarımı ve lehimleme sırasında düşük su emme, düşük termal doğrusal genleşme katsayısı, düzlük ve agresif ortamlara karşı dirence sahiptir.

Temel malzemeler, suni reçine ile emprenye edilmiş ve muhtemelen bir veya her iki tarafı bakır elektrolitik folyo ile kaplanmış katmanlı preslenmiş plakalardır. Folyo dielektrikler PCB üretiminde eksiltici yöntemlerde kullanılır, folyo olmayan dielektrikler ise katkılı ve yarı katkılı olanlarda kullanılır. İletken tabakanın kalınlığı 5, 9, 12, 18, 35, 50, 70 ve 100 mikron olabilmektedir.

Üretimde, örneğin OPP ve DPP için malzemeler kullanılır - 50 mikron bakır folyo kalınlığına ve 0,5 ila 3,0 mm iç kalınlığa sahip SF-1-50 ve SF-2-50 folyo fiberglas laminat kaliteleri; MPP için - 18 mikron bakır folyo kalınlığına ve kendi kalınlığı 0,1 ila 0,5 mm olan folyoyla kazınmış fiberglas laminat FTS-1-18A ve FTS-2-18A; GPP ve GPK için - 35 veya 50 mikron bakır folyo kalınlığına ve kendi kalınlığı 0,05 ila 0,1 mm olan folyo kaplı lavsan LF-1.

Getinaklarla karşılaştırıldığında fiberglas laminatlar daha iyi mekanik ve elektriksel özelliklere, daha yüksek ısı direncine ve daha düşük nem emilimine sahiptir. Bununla birlikte, örneğin poliamidlere kıyasla düşük ısı direnci gibi bir takım dezavantajları vardır, bu da delikler açılırken iç katmanların uçlarının reçine ile kirlenmesine katkıda bulunur.

Nanosaniye darbelerinin güvenilir iletimini sağlayan PCB'leri üretmek için, geliştirilmiş dielektrik özelliklere sahip malzemelerin kullanılması gerekir; bunlar arasında bağıl dielektrik sabiti 3,5'in altında olan organik malzemelerden yapılan PCB'ler de bulunur.

Artan yangın tehlikesi koşullarında kullanılan PCB'lerin üretimi için, örneğin SONF, STNF, SFVN, STF markalarının fiberglas laminatları gibi yangına dayanıklı malzemeler kullanılır.

3 mm yarıçaplı başlangıç ​​​​pozisyonundan her iki yönde 90 derecelik tekrarlanan bükülmelere dayanabilen GPC'lerin üretimi için folyo kaplı lavsan ve floroplastik kullanılır. Folyo kalınlığı 5 mikron olan malzemeler, 4. ve 5. doğruluk sınıflarına ait PCB'lerin üretilmesini mümkün kılar.

Yalıtım yastıklama malzemesi PP katmanların yapıştırılmasında kullanılır. Her iki tarafa da yapışkan kaplama uygulanan, az polimerize edilmiş, ısıyla sertleşen epoksi reçine ile emprenye edilmiş cam elyafından yapılmıştır.

PP ve GPC yüzeyini dış etkenlerden korumak için polimer koruyucu vernikler ve koruyucu kaplama filmleri kullanılır.

Seramik malzemeler elektriksel ve geometrik parametrelerin kararlılığıyla karakterize edilir; geniş bir sıcaklık aralığında stabil yüksek mekanik mukavemet; yüksek ısı iletkenliği; düşük nem emilimi. Dezavantajları uzun bir üretim döngüsü, malzemenin büyük oranda büzülmesi, kırılganlık, yüksek maliyet vb.'dir.

Metal tabanlar, yüksek sıcaklıklarda çalışan yüksek akım yüklerine sahip EA'larda IC ve ERE'den ısının uzaklaştırılmasını iyileştirmek ve ayrıca ince tabanlar üzerinde yapılan PCB'lerin sertliğini arttırmak için ısı yüklü PCB'lerde kullanılır; alüminyum, titanyum, çelik ve bakırdan yapılırlar.

Mikrovialı yüksek yoğunluklu baskılı devre kartları için lazer işlemeye uygun malzemeler kullanılır. Bu malzemeler iki gruba ayrılabilir:

1. Belirli bir geometri ve iplik dağılımı ile güçlendirilmiş dokunmamış cam malzemeler ve ön kaplamalar (kumaş, kağıt, sürekli elyaf bazlı, kürlenmemiş durumda reçine ile emprenye edilmiş kompozit malzeme); Fiberlerin yönlendirilmemiş düzenine sahip organik malzemeler Lazer teknolojisine yönelik Preprig, standart fiberglasla karşılaştırıldığında Z ekseni boyunca daha küçük bir fiberglas kalınlığına sahiptir.

2. Takviyesiz malzemeler (reçine kaplı bakır folyo, polimerize reçine), sıvı dielektrikler ve kuru film dielektrikler.

Baskılı devre kartlarının imalatında kullanılan diğer malzemelerden en yaygın olarak kullanılanları lehimleme ve kaynaklama için metal direnç olarak nikel ve gümüştür. Ek olarak, amacı seçici koruma veya düşük temas direnci sağlamak, lehimleme koşullarını iyileştirmek olan bir dizi başka metal ve alaşım (örneğin, kalay - bizmut, kalay - indiyum, kalay - nikel vb.) kullanılır. Baskılı iletkenlerin elektrik iletkenliğini artıran ek kaplamalar çoğu durumda galvanik biriktirme yoluyla, daha az sıklıkla vakumlu metalizasyon ve sıcak kalaylama yoluyla gerçekleştirilir.

Yakın zamana kadar, epoksi-fenolik reçine bazlı folyo dielektrikler ve bazı durumlarda kullanılan poliimid reçine bazlı dielektrikler, baskılı devre kartı üreticilerinin temel gereksinimlerini karşılıyordu. IC'lerden ve LSI'lerden ısı dağılımını iyileştirme ihtiyacı, yüksek hızlı devreler için kart malzemesinin düşük dielektrik sabiti gereklilikleri, kart malzemesinin, IC paketlerinin ve kristal taşıyıcıların termal genleşme katsayılarını eşleştirmenin önemi ve Modern montaj yöntemlerinin yaygınlaşması, yeni malzemelerin geliştirilmesi ihtiyacını doğurmuştur. Seramik bazlı MPP'ler, bilgisayar donanımının modern tasarımlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Baskılı devre kartlarının imalatı için seramik alt tabakaların kullanımı, öncelikle minimum çizgi genişliğine sahip iletken bir desen oluşturmak için yüksek sıcaklık yöntemlerinin kullanılmasından kaynaklanmaktadır, ancak seramiğin diğer avantajları da kullanılmaktadır (iyi ısı iletkenliği, katsayı ile eşleşme) IC paketleri ve ortamları vb. ile termal genleşmenin sağlanması). Seramik MPP'lerin üretiminde en yaygın olarak kalın film teknolojisi kullanılmaktadır.

Seramik bazlarda alüminyum ve berilyum oksitlerin yanı sıra alüminyum nitrür ve silisyum karbür başlangıç ​​malzemeleri olarak yaygın şekilde kullanılır.

Seramik levhaların ana dezavantajı, esas olarak seramiğin kırılganlığından ve gerekli kaliteyi elde etmenin zorluğundan kaynaklanan sınırlı boyutlarıdır (genellikle 150x150 mm'den fazla değildir).

İletken bir desenin (iletkenler) oluşumu serigrafi ile gerçekleştirilir. Seramik alt tabaka levhalarında iletken malzeme olarak metal tozları, organik bağlayıcı ve camdan oluşan macunlar kullanılır. İyi yapışma, tekrarlanan ısıl işlemlere dayanma yeteneği ve düşük elektrik direncine sahip olması gereken iletken macunlar için asil metal tozları kullanılır: platin, altın, gümüş. Ekonomik faktörler aynı zamanda bileşimlere dayalı macunların kullanımını da zorlar: paladyum - altın, platin - gümüş, paladyum - gümüş vb.

Yalıtım macunları kristalleşen camlar, cam kristalli çimentolar ve cam seramikler temelinde yapılır. Toplu tip seramik levhalarda iletken malzeme olarak refrakter metal tozlarından yapılan macunlar kullanılır: tungsten, molibden vb. Alüminyum ve berilyum oksit, silisyum karbür ve alüminyum nitrür bazlı seramik peynirlerden yapılan bantlar temel olarak kullanılır. iş parçası ve izolatörler.

Bir dielektrik ile kaplanmış sert metal tabanlar, cam ve emaye bazlı kalın film macunlarının alt tabakaya yüksek sıcaklıkta yakılmasıyla karakterize edilir (seramik olanlar gibi). Metal taban üzerindeki levhaların özellikleri, iletkenlerin metal taban ile güçlü bağlantısı nedeniyle artan ısı iletkenliği, yapısal dayanıklılık ve hız sınırlamalarıdır.

Çelik, bakır, titanyumdan yapılmış, reçine veya eriyebilir camla kaplanmış plakalar yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, bir dizi endikasyon açısından en gelişmiş olanı, anodize edilmiş alüminyum ve oldukça kalın bir oksit tabakasına sahip alaşımlarıdır. Anodize alüminyum ayrıca ince film çok katmanlı PCB düzeni için de kullanılır.

Baskılı devre kartlarında termoplastik tabanların yanı sıra metal ayırıcılar da dahil olmak üzere karmaşık kompozit yapıya sahip tabanların kullanılması ümit vericidir.

Yüksek hızlı devrelerde fiberglaslı PTFE tabanlar kullanılır. Alüminyum oksidin genleşme katsayısına yakın bir termal genleşme katsayısına sahip olmanın gerekli olduğu durumlarda, örneğin çeşitli seramiklerin montajı durumunda, "Kevlar ve kuvars" ile bakır - Invar - bakırdan çeşitli kompozit bazlar kullanılır. bir tahta üzerinde kristal taşıyıcılar (mikro kutular). Karmaşık poliimid bazlı alt tabakalar öncelikle yüksek güç devrelerinde veya yüksek sıcaklık PCB uygulamalarında kullanılır.