Методы изготовления многослойных печатных плат. Развязка питания ИС

Что представляет из себя печатная плат а ?

Печатная плат а или плат а , представляет собой пластину или панель состоящее из одного или двух проводящих рисунков, расположенных на поверхности диэлектрического основания, или из системы проводящих рисунков, расположенных в объеме и на поверхности диэлектрического основания, соединенных между собой в соответствии с принципиальной электрической схемой, предназначенное для электрического соединения и механического крепления устанавливаемых на нем изделий электронной техники, квантовой электроники и электротехнических изделий - пассивных и активных электронных компонентов.

Самый простой печатной плат ой является плат а , которая содержит медные проводники на одной из сторон печатной плат ы и связывает элементы проводящего рисунка только на одной из ее поверхностей. Такие плат ы известны как однослойные печатной плат ы или односторонние печатные плат ы (сокращенно - ОПП ).

На сегодняшний день, самые популярные в производстве и наиболее распространенные печатные плат ы , которые содержат два слоя, то есть, содержащие проводящий рисунок с обеих сторон плат ы – двухсторонни (двухслойные) печатные плат ы (сокращённо ДПП ). Для соединения проводников между слоями используются сквозные монтаж ные и переходные металлизированные отверстия. Тем не менее, в зависимости от физической сложности конструкции печатной плат ы , когда разводка проводников на двусторонней плат е становится слишком сложной, на производстве заказ ывается многослойные печатные плат ы (сокращённо МПП ), где проводящий рисунок формируется не только на двух внешних сторонах плат ы , но и во внутренних слоях диэлектрика. В зависимости от сложности, многослойные печатные плат ы могут быть изготовлены из 4,6, ….24 или более слоев.

>
Рис 1. Пример двухслойной печатной плат ы с защитной паяльной маской и маркировкой.

Для монтаж а электронных компонентов на печатные плат ы , необходима технологическая операция - пайка, применяемая для получения неразъёмного соединения деталей из различных металлов путём введения между контактами деталей расплавленного металла - припоя, имеющего более низкую температуру плавления, чем материалы соединяемых деталей. Спаиваемые контакты деталей, а также припой и флюс вводятся в соприкосновение и подвергаются нагреву с температурой выше температуры плавления припоя, но ниже температуры плавления спаиваемых деталей. В результате, припой переходит в жидкое состояние и смачивает поверхности деталей. После этого нагрев прекращается, и припой переходит в твёрдую фазу, образуя соединение. Этот процесс можно сделать вручную или с помощью специализированной техники.

Перед пайкой, компоненты размещаются на печатной плат е выводами компонентов в сквозные отверстия плат ы и припаиваются к контактным площадкам и/или металлизированной внутренней поверхности отверстия – т.н. технология монтаж а в отверстия (THT Through Hole Technology - технология монтаж а в отверстия или др. словами - штыревой монтаж или DIP-монтаж ). Так же, все большее распространение, в особенности, в массовом и крупносерийном производстве, получила более прогрессивная технология поверхностного монтаж а - также называемая ТМП (технология монтаж а на поверхность) или SMT (surface mount technology) или SMD-технология (от surface mount device – прибор, монтируемый на поверхность). Основным ее отличием от «традиционной» технологии монтаж а в отверстия является то, что компоненты монтируются и паяются на контактные площадки (англ. land), являющиеся частью проводящего рисунка на поверхности печатной плат ы . В технологии поверхностного монтаж а , как правило, применяются два метода пайки: пайка оплавлением припойной пасты и пайка волной. Основное преимущество метода пайки волной – возможность одновременной пайки компонентов, монтируемых как на поверхность плат ы , так и в отверстия. При этом пайка волной является самым производительным методом пайки при монтаж е в отверстия. Пайка оплавлением основана на применении специального технологического материала – паяльной пасты. Она содержит три основных составляющих: припой, флюс (активаторы) и органические наполнители. Паяльная паста наносится на контактные площадки либо с помощью дозатора, либо через трафарет , затем устанавливаются электронные компоненты выводами на паяльную пасту и далее, процесс оплавления припоя, содержащегося в паяльной пасте, выполняется в специальных печах путем нагрева печатной плат ы с компонентами.

Для избежания и/или предотвращения случайного короткого замыкания проводников из разных цепей в процессе пайки, производители печатных плат применяют защитную паяльную маску (англ. solder mask; она же «зеленка») – слой прочного полимерного материала, предназначенного для защиты проводников от попадания припоя и флюса при пайке, а также от перегрева. Паяльная маска закрывает проводники и оставляет открытыми контактные площадки и ножевые разъемы. Наиболее распространенные цвета паяльной маски, используемые в печатных плат а х - зеленый, затем красный и синий. Следует иметь в виду, что паяльная маска не защищает плат у от влаги в процессе эксплуатации плат ы и для влагозащиты используются специальные органические покрытия.

В наиболее популярных программах систем автоматизированного проектирования печатных плат и электронных приборов (сокращённо САПР - CAM350, P-CAD, Protel DXP, SPECCTRA, OrCAD, Allegro , Expedition PCB, Genesis), как правило, существуют правила, связанные с паяльной маской. Эти правила определяют расстояние/отступ, которое необходимо соблюсти, между краем паяемой площадки и границей паяльной маски. Эта концепция иллюстрируется на рисунке 2 (а).

Шелкография или маркировка.

Маркировка (англ. Silkscreen, legend) является процессом, в котором производитель наносит информацию о электронных компонентах и которая способствует облегчить процесс сборки, проверки и ремонта. Как правило, маркировка наносится для обозначения контрольных точек, а также положения, ориентации и номинала электронных компонентов. Также она может быть использована для любых целей конструктора печатных плат , например, указать название компании, инструкцию по настройке (это широко используется в старых материнских плат а х персональных компьютеров) и др. Маркировку можно наносить на обе стороны плат ы и ее, как правило, наносят методом сеткографии(шелкография) специальной краской (с термическим или УФ отверждением) белого, желтого или черного цвета. На рисунке 2 (b) показаны обозначение и область расположения компонентов, выполненные маркировкой белого цвета.

>
Рис 2. Расстояние от площадки до маски (а) и маркировка (b)

Структура слоев в САПР

Как уже отмечалось в начале этой статьи, печатные плат ы могут быть сделаны из нескольких слоев. Когда печатная плат а разработана с помощью САПР, часто можно увидеть в структуре печатной плат ы несколько слоев, которые не соответствуют необходимым слоям с разводкой из проводящего материала (меди). Например, слои с маркировкой и паяльной маской являются непроводящими слоями. Наличие проводящих и непроводящих слоев может привести к путанице, так как производители используют термин слой, когда они имеют в виду только токопроводящие слои. С этого момента, мы будем использовать термин «слои» без «САПР», только когда речь идет о проводящих слоях. Если мы используем термин «слои САПР» мы имеем в виду все виды слоев, то есть проводящие и непроводящие слои.

Структура слоев в САПР:

слои САПР (проводящие и непроводящие)	описание
	Top silkscreen - верхний слой маркировки (непроводящий)
	Top soldermask – верхний слой паяльной маски (непроводящий)
	Top paste mask – верхний слой паяльной пасты (непроводящий)
	Top Layer 1 – первый/верхний слой (проводящий)
	Int Layer 2 – второй/внутренний слой (проводящий)
	Substrate - базовый диэлектрик (непроводящий)
	Bottom Layer n - нижний слой(проводящие)
	Bottom paste mask - Нижний слой паяльной пасты (непроводящий)
	Bottom soldermask Нижний слой паяльной маски (непроводящий)
	Bottom silkscreen Нижний слой маркировки (непроводящий)

На рисунке 3. показаны три различных структур слоев. Оранжевый цвет подчеркивает проводящие слои в каждой структуре. Высота структуры или толщина печатной плат ы может варьироваться в зависимости от назначения, однако наиболее часто используется толщина 1,5мм.

>
Рис 3. Пример 3 различных структур печатных плат : 2-х слойная(а), 4-х слойная (b) и 6-и слойная(с)

Типы корпусов электронных компонентов

Сегодня на рынке присутствует большое разнообразие типов корпусов электронных компонентов. Обычно, для одного пассивного или активного элемента существует несколько типов корпусов. Например, вы можете найти одну и ту же микросхему и в корпусе QFP (от англ. Quad Flat Package - семейство корпусов микросхем, имеющих планарные выводы, расположенные по всем четырём сторонам) и в корпусе LCC (от англ. Leadless Chip Carrier - представляет собой низкопрофильный квадратный керамический корпус с расположенными на его нижней части контактами).

В основном существует 3 больших семейств электронных корпусов:

		Описание
		корпуса для монтаж а в отверстия, которые имеют контакты, предназначенные для сквозной установки через монтаж ные отверстие в печатной плат е. Такие компоненты паяются на противоположной стороне плат ы , где был вставлен компонент. Как правило, эти компоненты смонтированы только на одной стороне печатной плат ы .
	SMD / SMT	корпуса для поверхностного монтаж а , которые паяются на одну сторону плат ы , где помещен компонент. Преимущество этого вида компоновки корпуса является то, что он может быть установлен на обе стороны печатной плат ы и кроме того, эти компоненты меньше чем корпуса для монтаж а в отверстия и позволяют проектировать плат ы меньших габаритов и с более плотной разводкой проводников на печатных плат а х.
		(Ball Grid Array- массив шариков -тип корпуса поверхностно-монтируемых интегральных микросхем). BGA выводы представляют собой, шарики из припоя, нанесённые на контактные площадки с обратной стороны микросхемы. Микросхему располагают на печатной плат е и нагревают с помощью паяльной станции или инфракрасного источника, так что шарики начинают плавиться. Поверхностное натяжение заставляет расплавленный припой зафиксировать микросхему ровно над тем местом, где она должна находиться на плат е. У BGA длина проводника очень мала, и определяется расстоянием между плат ой и микросхемой, таким образом, применение BGA позволяет увеличить диапазон рабочих частот и увеличить скорость обработки информации. Так же технология BGA имеет лучший тепловой контакт между микросхемой и плат ой, что в большинстве случаев избавляет от установки теплоотводов, поскольку тепло уходит от кристалла на плат у более эффективно. Чаще всего BGA используется в компьютерных мобильных процессорах, чипсетах и современных графических процессорах.

Контактная площадка печатной плат ы (англ. land)

Контактная площадка печатной плат ы - часть проводящего рисунка печатной плат ы , используемая для электрического подсоединения устанавливаемых изделий электронной техники. Контактная площадка печатной плат ы представляет собой открытые от паяльной маски части медного проводника, куда и припаиваются выводы компонентов. Есть два типа площадок – контактные площадки монтаж ных отверстий для монтаж а в отверстия и планарные площадки для поверхностного монтаж а - SMD площадки. Иногда, SMD площадки с переходным отверстием очень похожи на площадки для монтаж а в отверстия.

На рисунке 4 представлены контактные площадки для 4х разных электронных компонентов. Восемь для IC1 и две для R1 SMD площадки, соответственно, а так же три площадки с отверстиями для Q1 и PW электронных компонентов.

>
Рис 4. Площадки для поверхностного монтаж а (IC1, R1) и контактные площадки для монтаж а в отверстия (Q1, PW).

Медные проводники

Медные проводники используется для подключения двух точек на печатной плат е -например, для подключения между двумя SMD площадками (рисунок 5.), или для подключения SMD площадки к площадке монтаж ного отверстия или для соединения двух переходных отверстия.

Проводники могут иметь разную, рассчитанную ширину в зависимости от токов, протекающих через них. Так же, на высоких частотах, необходимо рассчитывать ширину проводников и зазоры между ними, так как сопротивление, емкость и индуктивность системы проводников зависит от их длинны, ширины и их взаимного расположения.

>
Рисунок 5. Соединение двумя проводниками двух SMD микросхем.

Сквозные металлизированные переходные отверстие печатной плат ы

Когда надо соединить компонент, который находится на верхнем слое печатной плат ы с компонентом, который находится на нижнем слое, применяются сквозные металлизированные переходные отверстия, которые соединяют элементы проводящего рисунка на разных слоях печатной плат ы . Эти отверстия, позволяют току проходить сквозь печатную плат у. На рисунке 6 показаны два проводника, которые начинаются на площадках компонентов на верхнем слое и заканчивается на площадках другого компонента на нижнем слое. Для каждого проводника установлено свое переходное отверстие, проводящее ток из верхнего слоя на нижний слой.

>

Рисунок 6. Соединение двух микросхем через проводники и переходные металлизированные отверстия на разных сторонах печатной плат ы

На рисунке 7 более детально дано представление о поперечном сечении 4-слойных печатных плат . Здесь цветами обозначены следующие слои:

На модели печатной плат ы , на рисунке 7 показан проводник (красный), который принадлежит к верхнему проводящему слою, и который проходит сквозь плат у с помощью сквозного переходного отверстия, а затем продолжает свой путь по нижнему слою(синий).

>

Рисунок 7. Проводник из верхнего слоя, проходящий через печатную плат у и продолжающий свой путь на нижнем слое.

«Глухое» металлизированное отверстие печатной плат ы

В HDI (High Density Interconnect - высокая плотность соединений) печатных плат а х, необходимо использовать более чем два слоя, как это показано на рисунке 7. Как правило, в многослойных конструкциях печатной плат ы , на которых устанавливаются много интегральных микросхем, используются отдельные слои для питания и земли (Vcc или GND), и таким образом, наружные сигнальные слои освобождаются от шин питания, что облегчает разводку сигнальных проводников. Также бывают случаи, что сигнальные проводники должны переходить от внешнего слоя (сверху или снизу) по наименьшему пути, что бы обеспечить необходимое волновое сопротивление, требования по гальванической развязке и заканчивая требованиями на устойчивость к электростатическому разряду. Для таких видов соединений используются глухие металлизированные отверстие (Blind via - «глухие» или «слепые»). Имеются в виду отверстия, соединяющие наружный слой с одним или несколькими внутренними, что позволяет сделать подключение минимальным по высоте. Глухое отверстие начинается на внешнем слое и заканчивается на внутреннем слое, поэтому оно имеет префикс «глухое».

Чтобы узнать, какое отверстие присутствует на плат е, вы можете поместить печатную плат у над источником света и посмотреть - если вы видите свет, идущий от источника через отверстие, то это переходное отверстие, в противном случае глухое.

Глухие переходные отверстия полезно использовать в конструкции плат ы , когда вы ограничены в размерах и имеете слишком мало места для размещения компонентов и разводки сигнальных проводников. Вы можете разместить электронные компоненты с обеих сторон и максимально увеличить пространство под разводку и другие компоненты. Если переходы сделаны через сквозные отверстие, а не глухие, понадобиться дополнительное пространство для отверстий т.к. отверстие занимает место с обеих сторон. В то же время глухие отверстия могут находиться под корпусом микросхемы – например для разводки больших и сложных BGA компонентов.

На рисунке 8 показаны три отверстия, которые являются частью четырехслойной печатной плат ы . Если смотреть слева направо, то первое мы увидим сквозное отверстие через все слои. Второе отверстие начинается в верхнем слое и заканчивается на втором внутреннем слое - глухое переходное отверстия L1-L2. Наконец, третье отверстие, начинается в нижнем слое и заканчивается в третьем слое, поэтому мы говорим, что это глухое переходное отверстия L3-L4.

Основным недостатком этого типа отверстия, является более высокая цена изготовления печатной плат ы с глухими отверстиями, по сравнению с альтернативными сквозными отверстиями.

>
Рис 8. Сравнение переходного сквозного отверстие и глухих переходных отверстий.

Скрытые переходные отверстия

Англ. Buried via - «скрытые», «погребенные», «встроенные». Эти переходные отверстия похожи на глухие, с той разницей, что они начинаются и заканчиваются на внутренних слоях. Если мы посмотрим на рисунок 9 слева направо, мы увидим, что первое отверстие сквозное через все слои. Второе представляет собой глухое переходное отверстия L1-L2, а последнее является, скрытое переходное отверстие L2-L3, которое начинается на втором слое и заканчивается на третьем слое.

>

Рисунок 9. Сравнение переходного сквозного отверстие, глухого отверстия и скрытого отверстия.

Технология изготовления глухих и скрытых переходных отверстий

Технология изготовления таких отверстий может быть различной, в зависимости от той конструкции, которую заложил разработчик, и в зависимости от возможностей завод а-изготовителя. Мы будем выделять два основных вида:

Отверстие сверлится в двусторонней заготовке ДПП , металлизируется, травиться и затем эта заготовка, по сути готовая двухслойная печатная плат а , прессуется через препрег в составе многослойной заготовки печатной плат ы . Если эта заготовка находиться сверху «пирога» МПП , то мы получаем глухие отверстия, если в середине, то - скрытые переходные отверстия.

1. Отверстие сверлится в спрессованной заготовке МПП , глубина сверления контролируется, что бы точно попасть в площадки внутренних слоев, и затем происходит металлизация отверстия. Таким образом мы получаем только глухие отверстия.

В сложных конструкциях МПП могут применяться комбинации вышеперечисленных видов отверстий – рисунок 10.

>

Рисунок 10. Пример типовой комбинации видов переходных отверстий.

Заметим, что применение глухих отверстий иногда может привести к удешевлению проекта в целом, за счет экономии на общем количестве слоев, лучшей трассируемости, уменьшения размера печатной плат ы , а также возможности применить компоненты с более мелким шагом. Однако в каждом конкретном случае решение об их применении следует принимать индивидуально и обоснованно. Однако не следует злоупотреблять сложностью и многообразием видов глухих и скрытых отверстий. Опыт показывает, что при выборе между добавлением в проект еще одного вида несквозных отверстий и добавлением еще одной пары слоев правильнее будет добавить пару слоев. В любом случае, конструкция МПП должна быть спроектирована с учетом того, как именно она будет реализована в производстве.

Финишные металлические защитные покрытия

Получение правильных и надежных паяных соединений в электронном оборудовании зависит от многих конструктивных и технологических факторов, включая должный уровень паяемости соединяемых элементов, таких как компоненты и печатные проводники. Для сохранения паяемости печатных плат до монтаж а электронных компонентов, обеспечения плоскостности покрытия и для надежного монтаж а паяных соединений необходимо защищать медную поверхность контактных площадок печатной плат ы от окисления, так называемым финишным металлическим защитным покрытием.

При взгляде на разные печатные плат ы , можно заметить, что контактные площадки почти не когда не имеют цвет меди, зачастую и в основном это серебристые цвета, блестящий золотой или матовый серый. Эти цвета и определяют типы финишных металлических защитных покрытий.

Наиболее распространенным методом защиты паяемых поверхностей печатных плат является покрытие медных контактных площадок слоем серебристого сплава олово-свинеца (ПОС-63) - HASL. Большинство изготавливаемых печатных плат защищены методом HASL. Горячее лужение HASL - процесс горячего облуживания плат ы , методом погружения на ограниченное время в ванну с расплавленным припоем и при быстрой выемке обдувкой струей горячего воздуха, убирающей излишки припоя и выравнивающей покрытие. Это покрытие доминирует в течение нескольких последних лет, несмотря на его серьезные технические ограничения. Плат ы , выпущенные таким способом, хотя и хорошо сохраняют паяемость в течение всего периода хранения, непригодны для некоторых применений. Высокоинтегрированные элементы, используемые в SMT технологиях монтаж а , требуют идеальной планарности (плоскостности) контактных площадок печатных плат . Традиционные покрытия HASL не соответствуют требованиям планарности.

Технологии нанесения покрытий, соответствующие требованиям планарности, это наносимое химическими методами покрытия:

Иммерсионное золочение (Electroless Nickel / Immersion Gold - ENIG), представляющее собой тонкую золотую пленку, наносимую поверх подслоя никеля. Функция золота - обеспечивать хорошую паяемость и защищать никель от окисления, а сам никель служит барьером, предотвращающим взаимную диффузию золота и меди. Это покрытие гарантирует превосходную планарность контактных площадок без повреждения печатных плат , обеспечивает достаточную прочность паяных соединений, выполненных припоями на основе олова. Их главный недостаток - высокая себестоимость производства.

Иммерсионное олово (Immersion Tin - ISn) – серое матовое химическое покрытие, обеспечивающее высокую плоскостность печатных площадок плат ы и совместимое со всеми способами пайки, нежели ENIG. Процесс нанесения иммерсионного олова, схож с процессом нанесения иммерсионного золота. Иммерсионное олово обеспечивает хорошую паяемость после длительного хранения, которое обеспечивается введением подслоя органометалла в качестве барьера между медью контактных площадок и непосредственно оловом. Однако, плат ы , покрытые иммерсионным оловом, требуют осторожного обращения, должны хранится в вакуумной упаковке в шкафах сухого хранения и плат ы с этим покрытием не пригодны для производства клавиатур/сенсорных панелей.

При эксплуатации компьютеров, устройств с ножевыми разъемами, контакты ножевых разъемов, подвергаются трению при эксплуатации плат ы , поэтому, концевые контакты, гальваническим способом покрывают более толстым и более жестким слоем золота. Гальваническое золочение ножевых разъёмов (Gold Fingers) - покрытие семейства Ni/Au, толщина покрытия: 5 -6 Ni; 1,5 – 3 мкм Au. Покрытие наносится электрохимическим осаждением (гальваника) и используется в основном для нанесения на концевые контакты и ламели. Толстое, золотое покрытие имеет высокую механическую прочность, стойкость к истиранию и неблагоприятному воздействию окружающей среды. Незаменимо там, где важно обеспечить надежный и долговечный электрический контакт.

>
Рисунок 11. Примеры металлических защитных покрытий - олово-свинец, иммерсионное золочение, иммерсионное олово, гальваническое золочение ножевых разъёмов.

Печатная плата (англ. printed circuit board, PCB, или printed wiring board, PWB) — пластина из диэлектрика, на поверхности и/или в объёме которой сформированы электропроводящие цепи электронной схемы. Печатная плата предназначена для электрического и механического соединения различных электронных компонентов. Электронные компоненты на печатной плате соединяются своими выводами с элементами проводящего рисунка обычно пайкой.
В отличие от навесного монтажа, на печатной плате электропроводящий рисунок выполнен из фольги, целиком расположенной на твердой изолирующей основе. Печатная плата содержит монтажные отверстия и контактные площадки для монтажа выводных или планарных компонентов. Кроме того, в печатных платах имеются переходные отверстия для электрического соединения участков фольги, расположенных на разных слоях платы. С внешних сторон на плату обычно нанесены защитное покрытие («паяльная маска») и маркировка (вспомогательный рисунок и текст согласно конструкторской документации).

В зависимости от количества слоёв с электропроводящим рисунком, печатные платы подразделяют на:

• односторонние (ОПП): имеется только один слой фольги, наклеенной на одну сторону листа диэлектрика.
• двухсторонние (ДПП): два слоя фольги.
• многослойные (МПП): фольга не только на двух сторонах платы, но и во внутренних слоях диэлектрика. Многослойные печатные платы получаются склеиванием нескольких односторонних или двухсторонних плат

По мере роста сложности проектируемых устройств и плотности монтажа, увеличивается количество слоёв на платах]. По свойствам материала основы:

• Жёсткие
• Теплопроводные
• Гибкие

Печатные платы могут иметь свои особенности, в связи с их назначением и требованиями к особым условиям эксплуатации (например, расширенный диапазон температур) или особенности применения (например, платы для приборов, работающих на высоких частотах).
Материалы Основой печатной платы служит диэлектрик, наиболее часто используются такие материалы, как стеклотекстолит, гетинакс. Также основой печатных плат может служить металлическое основание, покрытое диэлектриком (например, анодированный алюминий), поверх диэлектрика наносится медная фольга дорожек. Такие печатные платы применяются в силовой электронике для эффективного теплоотвода от электронных компонентов. При этом металлическое основание платы крепится к радиатору. В качестве материала для печатных плат, работающих в диапазоне СВЧ и при температурах до 260 °C, применяется фторопласт, армированный стеклотканью (например, ФАФ-4Д), и керамика.
Гибкие платы делают из полиимидных материалов, таких как каптон.

Гетинакс применяют при средних условиях эксплуатации.

• Достоинства: дешево, меньше сверлить, интеграция в нагретом состоянии.
• Недостатки: может расслаиваться при механической обработке, может впитывать влагу, понижает свои диэлектрические свойства и коробится.

Лучше использовать гетинакс облицованный гольваностойкой фольгой.

Фольгированный стеклотекстолит - получают прессованием, пропитывание эпоксидной смолой слоев стеклоткани и приклеенной поверхностной пленки ВФ-4Р медной электротехнической фольги толщиной 35-50 микрон.

• Достоинства: хорошие диэлектрические свойства.
• Недостатки: дорого в 1,5-2 раза.

Применяют для односторонних и двусторонних плат. Для многослойных ПП применяются тонкие фольгированные диэлектрики ФДМ-1, ФДМ-2 и полугибкие РДМЭ-1. Основой таких материалов служит пропитывающий эпоксидный слой стеклоткани. Толщина электротехнической меди гольваностойкой фольги 35,18 микрон. Для изготовления многослойных ПП используется прокладочная ткань, например СПТ-2 толщиной 0,06- 0,08 мм, является нефольгированным материалом.

Изготовление Изготовление ПП возможно аддитивным или субтрактивным методом. В аддитивном методе проводящий рисунок формируется на нефольгированном материале путём химического меднения через предварительно нанесённую на материал защитную маску. В субтрактивном методе проводящий рисунок формируется на фольгированном материале путём удаления ненужных участков фольги. В современной промышленности применяется исключительно субтрактивный метод.
Весь процесс изготовления печатных плат можно разделить на четыре этапа:

• Изготовление заготовки (фольгированного материала).
• Обработка заготовки с целью получения нужных электрического и механического вида.
• Монтаж компонентов.
• Тестирование.

Часто под изготовлением печатных плат понимают только обработку заготовки (фольгированного материала). Типовой процесс обработки фольгированного материала состоит из нескольких этапов: сверловка переходных отверстий, получение рисунка проводников путем удаления излишков медной фольги, металлизация отверстий, нанесение защитных покрытий и лужение, нанесение маркировки. Для многослойных печатных плат добавляется прессование конечной платы из нескольких заготовок.

Фольгированный материал — плоский лист диэлектрика с наклеенной на него медной фольгой. Как правило, в качестве диэлектрика используют стеклотекстолит. В старой или очень дешевой аппаратуре используют текстолит на тканевой или бумажной основе, иногда именуемый гетинаксом. В СВЧ устройствах используют фторсодержащие полимеры (фторопласты). Толщина диэлектрика определяется требуемой механической и электрической прочностью, наибольшее распространение получила толщина 1,5 мм. На диэлектрик с одной или двух сторон наклеивают сплошной лист медной фольги. Толщина фольги определяется токами, под которые проектируется плата. Наибольшее распространение получила фольга толщиной 18 и 35 мкм, гораздо реже встречаются 70, 105 и 140 мкм. Такие значения исходят из стандартных толщин меди в импортных материалах, в которых толщина слоя медной фольги исчисляется в унциях (oz) на квадратный фут. 18 мкм соответствует ½ oz и 35 мкм — 1 oz.

Алюминиевые печатные платы Отдельную группу материалов составляют алюминиевые металлические печатные платы.] Их можно разделить на две группы.

• Первая группа — решения в виде листа алюминия с качественно оксидированной поверхностью, на которую наклеена медная фольга. Такие платы нельзя сверлить, поэтому обычно их делают только односторонними. Обработка таких фольгированных материалов выполняется по традиционным технологиям химического нанесения рисунка. Иногда вместо алюминия применяют медь или сталь, ламинированные тонким изолятором и фольгой. Медь имеет большую теплопроводность, нержавеющая сталь платы обеспечивает коррозионную стойкость.
• Вторая группа подразумевает создание токопроводящего рисунка непосредственно в алюминии основы. Для этой цели алюминиевый лист оксидируют не только по поверхности, но и на всю глубину основы, согласно рисунку токопроводящих областей, заданному фотошаблоном.

Получение рисунка проводников При изготовлении плат используются химические, электролитические или механические методы воспроизведения требуемого токопроводящего рисунка, а также их комбинации.

Химический способ изготовления печатных плат из готового фольгированного материала состоит из двух основных этапов: нанесение защитного слоя на фольгу и травление незащищенных участков химическими методами. В промышленности защитный слой наносится фотолитографическим способом с использованием ультрафиолетово-чувствительного фоторезиста, фотошаблона и источника ультрафиолетового света. Фоторезистом сплошь покрывают медь фольги, после чего рисунок дорожек с фотошаблона переносят на фоторезист засветкой. Засвеченный фоторезист смывается, обнажая медную фольгу для травления, незасвеченный фоторезист фиксируется на фольге, защищая её от травления.

Фоторезист бывает жидким или пленочным. Жидкий фоторезист наносят в промышленных условиях, так как он чувствителен к несоблюдению технологии нанесения. Пленочный фоторезист популярен при ручном изготовлении плат, однако он дороже. Фотошаблон представляет собой УФ-прозрачный материал с распечатанным на нём рисунком дорожек. После экспозиции фоторезист проявляется и закрепляется как и в обычном фотохимическом процессе. В любительских условиях защитный слой в виде лака или краски может быть нанесен шелкотрафаретным способом или вручную. Радиолюбители для формирования на фольге травильной маски применяют перенос тонера с изображения, отпечатанного на лазерном принтере («лазерно-утюжная технология»). Под травлением фольги понимают химический процесс перевода меди в растворимые соединения. Незащищенная фольга травится, чаще всего, в растворе хлорного железа или в растворе других химикатов, например медного купороса, персульфата аммония, аммиачного медно-хлоридного, аммиачного медно-сульфатного, на основе хлоритов, на основе хромового ангидрида. При использовании хлорного железа процесс травления платы идет следующим образом: FeCl3+Cu → FeCl2+CuCl. Типовая концентрация раствора 400 г/л, температура до 35°С. При использовании персульфата аммония процесс травления платы идет следующим образом: (NH4)2S2O8+Cu → (NH4)2SO4+CuSO4].После травления защитный рисунок с фольги смывается.

Механический способ изготовления предполагает использование фрезерно-гравировальных станков или других инструментов для механического удаления слоя фольги с заданных участков.

До недавнего времени лазерная гравировка печатных плат была слабо распространена в связи с хорошими отражающими свойствами меди на длине волны наиболее распространенных мощных газовых СО лазеров. В связи с прогрессом в области лазеростроения сейчас начали появляться промышленные установки прототипирования на базе лазеров.

Металлизация отверстий Переходные и монтажные отверстия могут сверлиться, пробиваться механически (в мягких материалах типа гетинакса) или лазером (очень тонкие переходные отверстия). Металлизация отверстий обычно выполняется химическим или механическим способом.
Механическая металлизация отверстий выполняется специальными заклепками, пропаянными проволочками или заливкой отверстия токопроводящим клеем. Механический способ дорог в производстве и потому применяется крайне редко, обычно в высоконадежных штучных решениях, специальной сильноточной технике или радиолюбительских условиях.
При химической металлизации в фольгированной заготовке сначала сверлятся отверстия, затем они металлизируются и только потом производится травление фольги для получения рисунка печати. Химическая металлизация отверстий — многостадийный сложный процесс, чувствительный к качеству реактивов и соблюдению технологии. Поэтому в радиолюбительских условиях практически не применяется. Упрощенно состоит из таких этапов:

• Нанесение на диэлектрик стенок отверстия проводящей подложки. Эта подложка очень тонкая, непрочная. Наносится химическим осаждением металла из нестабильных соединений, таких как хлорид палладия.
• На полученную основу производится электролитическое или химическое осаждение меди.

В конце производственного цикла для защиты довольно рыхлой осажденной меди применяется либо горячее лужение, либо отверстие защищается лаком (паяльной маской). Нелуженые переходные отверстия низкого качества являются одной из самых частых причин отказа электронной техники.

Многослойные платы (с числом слоев металлизации более 2) собираются из стопки тонких двух- или однослойных печатных плат, изготовленных традиционным способом (кроме наружных слоев пакета — их пока оставляют с нетронутой фольгой). Их собирают «бутербродом» со специальными прокладками (препреги). Далее выполняется прессование в печи, сверление и металлизация переходных отверстий. В последнюю очередь делают травление фольги внешних слоев.
Переходные отверстия в таких платах могут также делаться до прессования. Если отверстия делаются до прессования, то можно получать платы с так называемыми глухими отверстиями (когда отверстие есть только в одном слое бутерброда), что позволяет уплотнить компоновку.

Возможны такие покрытия как:

• Защитно-декоративные лаковые покрытия («паяльная маска»). Обычно имеет характерный зелёный цвет. При выборе паяльной маски следует учитывать, что некоторые из них непрозрачны и под ними не видно проводников.
• Декоративно-информационные покрытия (маркировка). Обычно наносится с помощью шелкографии, реже — струйным методом или лазером.
• Лужение проводников. Защищает поверхность меди, увеличивает толщину проводника, облегчает монтаж компонентов. Обычно выполняется погружением в ванну с припоем или волной припоя. Основной недостаток — значительная толщина покрытия, затрудняющая монтаж компонентов высокой плотности. Для уменьшения толщины излишек припоя при лужении сдувают потоком воздуха.
• Химические, иммерсионные или гальванические покрытия фольги проводников инертными металлами (золотом, серебром, палладием, оловом и т.п.). Некоторые виды таких покрытий наносятся до этапа травления меди.
• Покрытие токопроводящими лаками для улучшения контактных свойств разъемов и мембранных клавиатур или создания дополнительного слоя проводников.

После монтажа печатных плат возможно нанесение дополнительных защитных покрытий, защищающих как саму плату, так и пайку и компоненты.
Механическая обработка На одном листе заготовки зачастую помещается множество отдельных плат. Весь процесс обработки фольгированной заготовки они проходят как одна плата, и только в конце их готовят к разделению. Если платы прямоугольные, то фрезеруют несквозные канавки, облегчающие последующее разламывание плат (скрайбирование, от англ. scribe царапать). Если платы сложной формы, то делают сквозную фрезеровку, оставляя узкие мостики, чтобы платы не рассыпались. Для плат без металлизации вместо фрезеровки иногда сверлят ряд отверстий с маленьким шагом. Сверление крепежных (неметаллизированных) отверстий также происходит на этом этапе.

Печатная плата представляет собой элемент конструкции, который состоит из диэлектрической основы и медных проводников, которые нанесены на основу в виде металлизированных участков. Она обеспечивает соединение всех радиоэлектронных элементов цепи.

Печатная плата имеет ряд преимуществ по сравнению с объемным (навесным) монтажом с использованием кабелей и проводов:

• высокая плотность монтажа радиокомпонентов и их соединений, в результате чего значительно сокращаются габариты и вес изделия;
• получение проводников и экранирующих поверхностей, а также радиоэлементов в едином технологическом цикле;
• стабильность, повторяемость таких характеристик, как емкость, проводимость, индуктивность;
• высокое быстродействие и помехозащищенность схем;
• стойкость к механическим и климатическим воздействиям;
• стандартизация и унификация технологических и конструктивных решений;
• надежность узлов, блоков и самого устройства в целом;
• повышенная технологичность в результате комплексной автоматизации сборочных работ и контрольно-регулировочных действий;
• низкая трудоемкость, материалоемкость и себестоимость.

Печатная плата имеет также и недостатки, но их совсем немного: ограниченная ремонтопригодность и высокая сложность добавления изменений конструкции.

К элементам таких плат относятся: диэлектрическое основание, металлизированное покрытие, представляющее собой рисунок печатных проводников, контактных площадок; фиксирующие и монтажные отверстия.

Требования, которые предъявляет к этим изделиям ГОСТ

• Печатные платы должны иметь однородную по цвету диэлектрическую основу, которая должна быть монолитна по структуре, не содержать внутренних пузырьков, раковин, инородных включений, трещин, сколов, расслоений. Однако допускаются одиночные царапины, вкрапления металла, следы одиночного удаления непротравленного участка, а также проявление структуры, которое не меняет электрические параметры изделия, не уменьшает допустимого расстояния между элементами рисунка.
• Рисунок - четкий, с ровным краем, без вздутий, разрывов, отслоений, следов инструмента. Допускаются незначительные местные протравы, но не более пяти точек на квадратный дециметр, при условии, что остальная ширина дорожки будет соответствовать минимально допустимой; царапины длиной до шести миллиметров и глубиной до 25 микрон.

Для улучшения коррозионных характеристик и повышения паяемости поверхность платы покрывают электролитическим составом, который должен быть сплошным, без отслоений, разрывов и подгаров. Фиксирующие и монтажные отверстия необходимо располагать в соответствии с чертежом. Допускается иметь отклонения, определенные классом точности платы. С целью улучшения надежности пайки на все внутренние поверхности монтажных отверстий напыляют слой меди, толщина которого должна быть не менее 25 мкм. Этот процесс называют - металлизация отверстий.

Что такое классы печатных плат? Под этим понятием подразумевают классы точности изготовления плат, они предусмотрены ГОСТом 23751-86. В зависимости от плотности рисунка печатная плата имеет пять выбор которого определяется уровнем технического оснащения предприятия. Первый и второй классы не требуют высокоточного оборудования и считаются дешевыми в производстве. Четвертый и пятый классы требуют специальных материалов, специализированного оборудования, идеальной чистоты в производственных помещениях, поддержания температурного режима. Отечественные предприятия массово выпускают печатные платы третьего класса точности.

Изготовление печатных плат является типовым процессом в производстве электронных приборов. Этот процесс широко распространен и хорошо изучен. Среди производителей, освоивших изготовление двусторонних ПП, производство многослойных ПП часто сопряжено с недостаточной подготовленностью в области технологии и оборудования. В статье показано, что освоение производства МПП не таит в себе больших трудностей и предусматривает лишь наличие соответствующего оборудования и выполнение ряда технологических требований.

Актуальность производства многослойных печатных плат

Изучение состояния рынка печатных плат показывает, что доля многослойных плат растет год от года (рис. 1). Так, анализируя производственные объемы ряда предприятий, можно предположить, что приблизительно четверть объема российского рынка составляют многослойные печатные платы (МПП), при этом их доля в производстве составляет не более 10%.

Рис. 1. Распределение объемов рынка печатных плат в России

Ретроспективный анализ зарубежных рынков (в частности, США и Европы) позволяет сделать предположение о том, что в ближайшем будущем доходы от производства МПП существенно возрастут по сравнению с доходами от производства других видов плат.

Уже сейчас некоторые российские предприятия, которые в недавнем прошлом начали заниматься коммерческим выпуском ПП, отказались от выпуска односторонних и двусторонних плат в пользу МПП ввиду существенно большей прибыли и отдачи от капиталовложений в производство.

Анализ цен на платы показывает, что цена за единицу площади МПП при мелкосерийном производстве минимум в 3 раза выше ДПП и в 5 раз выше ОПП. При прототипном производстве превышение стоимости 1 кв. дм МПП по сравнению с ценой остальных типов плат еще более усиливается.

Экономические критерии являются не единственными (табл. 1), хотя и немаловажными в принятии решения относительно освоения и развития производства, связанного с изготовлением МПП.

Таблица 1. Средние цены на отечественном рынке производства ПП для плат класса точности при объеме партии 20-50 кв. дм. Анализ цен осуществлен по данным на март 2010 г.

Так, необходимость применения современной элементной базы вынуждает осваивать использование МПП независимо от возможностей производства (рис. 2).

Рис. 2. Геометрические соотношения элементов топологии ПП

Например, применение компонентов с матричным расположением выводов позволяет соединить все периферийные выводы этого компонента с другими элементами слоя в одной плоскости. Если существует возможность расположения еще одного проводника между периферийными выводами матричного компонента, то в этом случае в одной плоскости можно разместить проводники с двух периферийных рядов выводов матричного компонента. Как правило, современные соотношения зазоров, ширины проводников и минимального расстояния между выводами компонентов позволяют разместить один (реже два-три) проводника в зазоре между контактными площадками выводов. При этом многие компоненты содержат более 400 выводов, каждый из которых необходимо соединить с другими элементами топологии. Таким образом, для соединения остальных выводов необходимо контактные площадки соединить посредством переходных отверстий с другой, расположенной ниже плоскостью. В другой плоскости проводники разместятся аналогичным образом. Следует отметить, что, кроме непосредственного соединения, необходимо, чтобы выполнялись определенные схемотехнические требования, как, например, введение дополнительных слоев «земли» и питания. Помимо того, нужно учитывать, что пространство на внешней стороне ПП, противоположное BGA-компонентам, как правило, занято конденсаторами, что существенно ограничивает площадь поверхности, отводимую под проводники. Таким образом, количество слоев, требующееся для простейшего соединения матричного компонента, растет год от года в связи с уменьшением шага выводов и увеличением их количества. Например, широко используемый компонент фирмы XILINX XC2V4000 в корпусе BGA с 957 выводами с шагом 1,27 мм требует для трассировки более 8 слоев, если технологические параметры производства соответствуют параметрам 0,15/0,15 мм проводник/зазор с использованием скрытых и глухих микропереходов.

Популярные тенденции в области энергосбережения среди производителей светотехнического оборудования, а также среди производителей продукции специального назначения - бортовой электроники, имеющей высокую удельную мощность и высокий класс точности, заставляют обратить внимание на печатные платы, выполненные на металло-основании. Существует достаточно большое количество способов формирования таких плат (метод наклеивания, непосредственного формирования рисунка на металле через слой изолятора, на предварительно сформированных полуфабрикатах «металлооснование -изолятор - фольга» и т. п.). Однако способ, при котором топологическая структура, выполненная на изоляторе, припрессовывается к металлооснованию почти так же, как при формировании МПП, показал высокую воспроизводимость и устойчивость технологических процессов.

При прессовании плат на металлооснова-ние в промышленных условиях для установки пакета «алюминиевое основание - диэлектрик - токопроводящий слой», как правило, требуется изготовление дополнительной дорогостоящей оснастки, размер которой соизмерим с плитами пресса. Применение малогабаритного пресса позволяет резко снизить расходы на изготовление ПП, что бывает особенно актуальным при небольших объемах изготавливаемых партий.

Используя высокотехнологичное оборудование, относительно просто вести изыскания в области новых технологий, даже путем несложного сочетания технологических операций и недавно появившихся на рынке материалов с новыми свойствами. Например, в области наиболее перспективных ПП с высокой плотностью межсоединений (High Density Interconnect, HDI) часто используются заполненные глухие отверстия (fiHed via). Существуют несколько способов формирования подобных технологических структур, однако, используя комбинацию технологических операций прессования и низкотекучие препреги, относительно просто получить требуемые технологические решения в рамках вновь предлагаемой технологии.

Стоит отметить, что производители электронных приборов склонны размещать заказы у одних и тех же производителей плат, предлагающих обширную номенклатуру выпускае-мых изделий. Поэтому те из контрактных производителей, которые не способны обеспечить выпуск наисложнейших плат заказчика, могут автоматически потерять весь объем заказов со стороны этого клиента.

Таким образом, освоение производства МПП является насущной проблемой для всех тех, кто ориентирован на удержание конкурентоспособного положения на рынке ПП.

Типовая технология изготовления МПП

Несмотря на все большую распространенность МПП среди российских изготовителей электронной техники, спросом пользуются наиболее простые из них - четырехслой-ные со сквозными отверстиями. По различным источникам, их доля составляет около 60% от общего количества производимых МПП. Среди оставшихся около 50% составляет доля шестислойных ПП, остальная часть распределяется аналогичным образом между восьмислойными платами и др.

Для специалистов в области производства типовых ДПП переход на изготовление МПП не должен представлять особой сложности. В первом приближении технология производства типовых 4-6-слойных плат со сквозными металлизированными отверстиями выглядит так, как показано на рис. 3.

Рис. 3. Типовая технология изготовления МПП со сквозными металлизированными отверстиями

Фoрмирoвание рисунка тoпoлoгии внутренних слoев

Внутренние слои изготавливаются негативным методом и подобны ОПП без отверстий. Однако чаще используются заготовки, на которых топология сформирована с обеих сторон. На технологических полях этих заготовок формируются несколько отверстий и/или реперных структур для дальнейшего совмещения слоев между собой. Дополнительно, перед сборкой пакета рекомендуется провести подготовку слоев микротравлением.

Сбoрка пакета и прессoвание

Сборка пакета (рис. 4) - размещение слоев в необходимой последовательности. При этом наружные слои являются фольгированными (или представляют собой сплошную медную фольгу), а заготовки внутренних слоев чередуются связующими листами - препрегом. Все эти листы совмещаются между собой посредством установки на штифты в отверстия, предварительно сформированные на полях.

Рис. 4. Сборка пакета 6-слойной ПП

Прессование пакета представляет собой последовательные этапы предварительного на-гружения, выдержки под давлением и снятия нагрузки с поддержанием заданных температурных режимов в каждой из фаз.

• Установка величины усилия между плитами пресса: 2 МПа (2 т/дм 2).
• Нагрев до температуры, соответствующей температуре фазы гелеобразования препре-га: 150ы75 °C.
• Прессование с предустановленной температурой в течение 20-60 мин.
• Охлаждение под давлением (около 2,2 МПа) до температуры не более 35 °C.

Фoрмирoвание oтверстий и их предварительная металлизация. Сoздание тoпoлoгии на внешних слoях МПП

После однозначного позиционирования заготовки МПП на станке осуществляется сверление сквозных отверстий. Далее обеспечивается требуемая степень очистки отверстий от наноса смолы на торцах контактных площадок внутренних слоев платы. Эта операция подобна подготовке к металлизации обычных двусторонних плат и предусматривает наличие дополнительных ванн.

Вышеописанные технологические этапы используются большинством отечественных производителей МПП ввиду простоты, накопленного опыта и наличия нормативной документации. Безусловно, при изготовлении МПП более сложных конструкций необходимо учитывать некоторые особенности, и вариантов развития этой технологии не меньше, чем еще несколько лет назад существовало в технологии изготовления ДПП.

Как было замечено ранее, этот процесс отличается от традиционного формирования ДПП: в него входит операция прессования. Таким образом, для того чтобы осуществить переход к освоению производства многослойных плат, необходимо дополнить существующий комплект оборудования прессом.

Установка прессования

Анализ рынка оборудования для производства ПП показывает, что существует богатый выбор установок прессования. Организация производства МПП может значительно отличаться по стоимости (в зависимости от объема производственной программы и сложности продукции). Некоторые из операций производства ПП могут потребовать вложений в оборудование на уровне нескольких миллионов рублей. Однако при дооснащении производства ДПП до уровня МПП целесообразным является подход, при котором первоначальная отработка режимов прессования происходит на простом в эксплуатации оборудовании. При появлении возможности изготовления типовых МПП относительно просто приобрести опыт как операторам, участвующим в технологическом процессе, так и специалистам-конструкторам при отработке конструктивных решений.

В дальнейшем, при накоплении положительного опыта в освоении процессов изготовления МПП, следует сделать выбор в пользу более функционально сложного и производительного оборудования. Однако первоначально приобретенный пресс можно продолжать использовать при изготовлении прототипов, относительно простых МПП, при проведении входного контроля базовых материалов и т. п.

Несколько лет назад на рынке прототипного оборудования ПП появился пресс, отвечающий основным требованиям технологического процесса МПП. Пневматический малогабаритный пресс модели RMP 210 фирмы Bungard (Германия) предназначен для производства многослойных печатных плат. Пресс не нуждается в дополнительной наладке, прост в эксплуатации и позволяет приступить к изготовлению МПП непосредственно после готовности внутренних слоев без использования специальных приспособлений.

Корпус пресса разделен на две основные части: в нижней части находится встроенный компрессор с элементами системы управления, в верхней - пневматический привод с нагревательными плитами. Привод и плиты размещены внутри стальной сварной рамы. Наружная облицовка выполнена из алюминиевых элементов.

Установка управляется при помощи реле давления, двух цифровых регуляторов температуры и таймера.

Пресс RMP 210 (табл. 2) позволяет получать МПП (до 8 слоев) в количестве 2-3 заготовки в смену. Так, например, типовой цикл прессования занимает около 3 часов.

Таблица 2. Технические характеристики пресса модели RMP 210

При достаточно высокой загруженности пресса возможна модернизация его рабочей зоны с целью повышения производительности за счет дооснащения пресса более мощной охлаждающей системой, что позволит снизить время охлаждения плит (увеличить скорость охлаждения заготовки с 2 °С/мин до 6 °С/мин). Также существует возможность повышения качества производимых МПП за счет вакуу-мирования зоны прессования.

Одной из оценок эффективности предприятия является удельная отдача капиталовложений на единицу площади производственных помещений. Данный пресс не только чрезвычайно компактен и «неприхотлив» в обслуживании, но и не требует подвода каких-либо коммуникаций, кроме электроэнергии, и может эксплуатироваться в сложных производственных условиях.

В последнее время все чаще предлагаются новые материалы для изготовления МПП, опыт использования которых у российских производителей отсутствует. Даже при наличии регламента на их использование отсутствие опыта работы с ними способствует появлению брака. Пресс модели RMP 210 достаточно удобно использовать для выявления точных значений технологических параметров. Например, для определения точного времени гелеобразования препрега, содержания количества связующих и летучих веществ. Эти параметры могут меняться от партии к партии и зависеть от времени и условий хранения. Достаточно важна информация о выборе точного времени приложения давления при прессовании основной партии. Данный пресс был бы незаменим для организации входного контроля материалов для производства ПП. Используя его в совокупности с оборудованием для проведения точных электрических измерений емкости, индуктивности и сопротивления, легко сделать выводы о параметрах диэлектрической проницаемости, объемного сопротивления препрега и текстолита. Наличие пресса также позволит проводить исследования по оценке глубины проникновения химических растворов в межслойные пространства и оценке протекания явлений электролиза в межпроводниковых пространствах (Conductive Anodic Filament, так называемый CAF-эффект).

Особенности формирования МПП

При конструировании многослойных плат следует учитывать ряд технологических требований, например правила конструирования симметричного стека. (Количество и толщина слоев, включая плотность рисунка, относительно продольной плоскости, разделяющей поперечное сечение платы, по возможности должны быть равными.)

Толщину препрега следует выбирать с учетом высоты рельефа (рис. 5, c >2b). В случае обращенного друг к другу рисунка топологии толщина препрега должна быть более чем в два раза больше суммы высот проводников на этих слоях, но не менее 120 мкм. Для более сложных плат при учете волнового сопротивления цепей необходимо учитывать коэффициент диэлектрической проницаемости слоя в сочетании с его толщиной.

Рис. 5. Варианты структуры заготовки 6-слойной ПП

Как правило, такие многослойные платы не могут быть вырезаны на гильотине, поэтому необходимо предусмотреть зазоры между платами для разделения групповой заготовки на станке с ЧПУ (фрезерование по контуру) или для отрезки на дисковых алмазных пилах.

Свободные от топологии поверхности внутренних слоев и технологические поля рекомендуется заполнять либо сетчатыми полигонами, либо периодическим рисунком (рис. 6). Данные технологические приемы позволяют увеличить адгезию между слоями, улучшить отвод газов из межслойного пространства во время прессования и помогают минимизировать деформацию в результате последующих термических воздействий во время операции пайки.

Рис. 6. Применение сетчатых и точечных полигонов на внутренних слоях МПП

Таким образом, для того чтобы изготовить качественную многослойную печатную плату, необходимо учесть вышеозначенные требования и обеспечить технологический процесс, включающий в себя базовые операции изготовления двусторонних печатных плат и операцию прессования, выполняемую на установке RMP 210.

При приобретении данного оборудования фирма-поставщик предлагает услуги по дополнительному абонентскому обслуживанию, которое включает в себя отладку технологического процесса, поддержание оборудования в работоспособном состоянии, рекомендации по выбору расходных материалов и химикатов.

При необходимости квалифицированный технолог проведет обучение персонала непосредственно на рабочих местах с учетом типовых для предприятия технологий, что повысит эффективность последующей работы операторов с конкретными моделями оборудования при изготовлении МПП.

Печатная плата, она же «Printed Circuit Board» на английском, является монтажной площадкой для микросхем, конденсаторов, резисторов, диодов и прочих деталей. Таковая присутствует практически в каждом более менее серьёзном электронном устройстве. В радиоприёмниках, телевизорах, мобильных телефонах, всяких других приборах. Если вы снимете крышку корпуса настольного ПК, то увидите одну большую плату, материнскую , а также несколько поменьше. В общем, будем разбираться с сутью столь распространённого явления.

Суть простыми словами

Основа для платы изготавливается так: берётся диэлектрический материал (не проводящий ток), к нему намертво приклеивается слой медной фольги. В качестве диэлектрика выступает гетинакс или стеклотекстолит. Для приборов, работающих в диапазонах сверхвысоких частот - фторопласт. Фольга может быть приклеена с двух сторон, если одной мало. И даже находиться внутри в качестве дополнительного проводника в многослойной плате.

Итак, пластина из гетинакса или более надёжного текстолита обрезается до нужного размера. Затем на ней печатается рисунок из дорожек-проводников. Используется лак, устойчивый к кислоте.

Конечно, предварительно разрабатывается схема этих дорожек, служащих электрическими соединениями между деталями. Разрабатывается так, чтобы монтаж получился компактным. Бывает, рисунок доводится печатать на двух сторонах, если схема сложная и одного слоя фольги недостаточно для обеспечения всех соединений.

После того, как изображение дорожек нанесено, осуществляется процесс вытравливания платы. Вернее, не самой платы, а лишних участков меди, не закрытых лаком. Например, с помощью соляной кислоты, смешанной с концентрированной перекисью водорода.

Удалить лишнюю медь можно механически - фрезеровкой, ну или вроде того. Также иногда применяется продвинутая технология - выжигание лазером. Называется «лазерная гравировка».

Лак счищается (ежели способ был химическим), а медные дорожки подвергаются процессу лужения – покрываются тонким слоем расплавленного припоя (олова с разными добавками). После чего в плате просверливают дырочки для вставки контактов деталей (выводов).

Вставленные (с другой стороны) детали припаиваются контактами к дорожкам – и электронная начинка прибора готова к размещению в надлежащем месте (внутри корпуса).

Если монтаж односторонний, то дырочки не сверлят, детали припаивают прямиком к рисунку дорожек. В смысле, монтируют с той же стороны, где эти самые дорожки расположены.

Вместо самих деталей нередко припаиваются гнёзда («площадки») для вставки разных микросхем, боящихся воздействия высокой температуры. Ну и ещё всякие разъёмы, слоты etc.

Разновидности

Вкратце разновидности печатных плат можно описать примерно так:

1. односторонние, с фольгой только на одной стороне (не путать с односторонним монтажом);
2. двусторонние (фольга приклеена к обеим поверхностям);
3. многослойные (фольга есть и внутри);
4. гибкие, из полиимида, чтобы можно было, загнув края, втискивать туда, где не хватает места для обычной, жёсткой (сюда же можно отнести гибко-жёсткие, гнущиеся частично);
5. содержащие под диэлектриком металлическую основу, к примеру, из алюминия, служащую радиатором (вот тут-то без одностороннего монтажа никак не обойтись).

Проектирование

Спроектировать и нарисовать схему дорожек-проводников вручную можно без особого труда, если речь идёт о совсем уж простеньком устройстве. А для создания сложных рисунков применяется специальное программное обеспечение .

Например, «OrCAD» от конторы «Cadence Design Systems», «Altium Designer» (замена устаревшей «P-CAD» от фирмы «Altium»), а также программа с довольно юмористичным названием «TopoR» (расшифровывается как «Topological Router») от российской компании «Эрмекс». Правда, до полноценности этому продукту ещё далеко.

Подобные программы входят в категорию «САПР» (что расшифровывается как «система автоматизированного проектирования»).

Обращение

К гетинаксу медная фольга приклеивается не так качественно, как к стеклотекстолиту, поэтому дорожки могут отслаиваться, если что-то выпаивать, вытаскивать и впаивать замену. Да и стеклотекстолит тоже не идеален.

В общем, если в вашем компьютерном устройстве с истёкшим сроком гарантии необходимо заменить, к примеру, раздувшийся электролитический конденсатор, то лучше доверьте это дело специалисту. Не пытайтесь сэкономить на ремонте, даже если сами умеете пользоваться паяльниками с тонким жалом и теплоотводами.