Глава 4 конструкции и методы изготовления печатных плат

В настоящее время применяют два вида технологии получения элементов проводящего рисунка ПП и слоев ПП:

1. на основе субтрактивных методов с использованием фольгирован ных диэлектриков (см. рис. В.5);

2. на основе аддитивного метода с использованием нефольгированных диэлектриков (см. рис. В.6).

Показателями уровня разработки ПП являются:

• ширина проводников;

• расстояние между проводниками (зазоры);

• диаметр переходных отверстий (межслойных переходов);

• количество межслойных переходов на ПП;

• число проводников между двумя контактными площадками;

• диаметр контактных площадок;

• шаг расположения контактных площадок;

• наличие микроотверстий и пр.

Тенденция развития ПП связана с ростом функциональной сложности ЭРИ и ПМК, увеличением количества выводов, уменьшением шага выво­де, что требует повышения трассировочной способности и надежности ПП, и характеризуется;

• уменьшением ширины проводников до 40...70 мкм;

• увеличением производства МПП и числа слоев;

• увеличением производства МПП, уменьшением размеров, числа сло­ев за счет новых технологий и материалов;

• увеличением количества межслойных переходов и уменьшением их размеров до 50 мкм и менее;

• размещением печатных проводников, резисторов, конденсаторов и индуктивностей на внутренних слоях МПП, оставляя наружные слои для контактных площадок для монтажа ЭРИ и ПМК и пр. .

В зависимости от области использования ПП, уровня разработки, надежности выполнения функций и степени сложности контроля различают

общего применения и прецизионные ПП. '

Печатные платы общего применения используют:

• в бытовой электронике (телевизоры, игрушки, развлекательная элек­троника и др.), главным требованием которой является функцио­нальность общей схемы, а незначительные дефекты, влияющие на внешний вид ПП, не имеют значения. Для этих ПП характерны ми­нимальные затраты и ограниченная трудоемкость по контролю; в промышленной электронике общего назначения длительного сро­ка службы (компьютеры, устройства связи и передачи данных, измемрительные приборы, электрические счетные машинки и др.), для ко­торых не характерна непрерывная работа. Для этих ПП допускаются незначительные дефекты вещного вида. Выборочный контроль и испытания этих П проводят в соответствии с областью их приме­нения.

В настоящее время производители ПП общего Применения изготавли­вают ПП с шириной проводников и зазоров 150...200 мкм и более и рабо­тают в направлении уменьшения их себестоимости. В общем объеме про­изводства П общего применения составляют порядка 80 %.

Прецизионные П используют в областях, в которых требуется высокий уровень надежности при непрерывном режиме работы (изделия, для кото­рых важна длительная безотказная эксплуатация, обеспечение жизнедея­тельности человека, изделия военного назначения и др.). Для этих 11 требуется высокий уровень контроля, испытаний и высокие критерии приемки. .

В настоящее время прецизионные П можно разделить на высоко-, плотные ПП (high density printed circuit или high density interconections — HDI) без микропереходов и высокоплотные 11 с микропереходами.

Прецизионные П1 изготавливают с шириной проводников и зазоров 125 мкм и ниже до 40...50 мкм.

Рост объемов производства МПП и сокращение ОПП и ДПП, наблю­даемое с начала 90-х годов XX века в мире, не сведет их на нет, так как ОПП и ДПП всегда будут востребованы в разных областях народного хозяйства.

1. Односторонние ПП

Преимуществами ОПП являются простота и низкая стоимость изготов­ления, а недостатками — низкая трассировочная способность вследствие низкой разрешающей способности рисунка схемы, одностороннего распо­ложения широких проводников и большого расстояния между ними. поэтому установка ЭРИ высокой функциональной сложности на ОПП край­не ограничена.

Рис. 4.1. Односторонняя ПП: 1-диэлектрическое основание; 2 — контактная площадка; 3 - печатный проводник; 4 — отверстие; 5 — ЭРИ

Конструкция ОПП Представлена на рис. 4.1.

Рис. 4.2. Классификация ОПП

В соответствии с этой классификацией ниже приведены методы изго­товления ОПП.

1. ОПП на жестком фольгированном основании

Таблица 4.1. Основные характеристики ОПП на жестком фольгиррванном основании
Показатель	Характеристика
Эл ементная база	(Традиционная
Область применения	Бытовая техника, средства связи
Класс точности	1…2
Группа жесткости
Рекомендуемые максимальные размеры, мм	500х500
Материал основания	Гетинакс фольгированный ГФ-1 Стеклотекстолит фдаьгированный СФ-1
Минимальный диаметр отверстия, мм	0,8
Минимальная ширина проводника, мм	0,45
Тип производства	Мелкосерийное, серийное, крупносерийное

Основные характеристики ОПП на жестком фольгированном основа­нии и методов их изгбтовления приведены в табл. 4.1.

Основными методами изготовления ОПП на жестком фольгированном основании являются:

• химический негативный;

• химический позитивный.

Последовательность основных этапов ТП изготовления ОПП данными; методами приведена в табл. 4.2 и 4.3.

Таблица 4.2

Окончание табл. 4.2

Химический негативный и позитивный методы применяют также при изготовлении слоев МПП.

2. ОПП на жестком нефольгированном основании

Одним из простых и дешевых методов изготовления ОПП на жестком нефольгированном диэлрктрике является метод с применением активи­рующих паст, которые изготавливают на основе неблагородных металлов; наносят на диэлектрик селективно сеткографическим способом в соответ­ствии с рисунком схемы. Затем выполняют металлизацию рисунка, в ре­зультате которой происходит замещение активирующей пасты на медь, по­сле чего — толстослойное химическое меднение. Односторонние ПП полу­чают по 1- и 2-му классу точности. Их применяют в бытовой технике. Основные характеристики ОПП на жестком нефольгированном основании приведены в табл. 4.4, а основные этапы ТП — в табл. 4.5.

Таблица 4.4.Основные характеристики ОПП на жестком нефольгированном основании

Показатель	Характеристика
Элементная база	Традиционная
Область применения	Бытовая техника
Класс точности	I…2
Группа жесткости	i
Рекомендуемые максимальные размеры, мм	500x 500
| Материал основания	Гетинакс нефольгированный
Минимальный диаметр отверйНя, мм	0,8
Минимальная ширина проводника, мм	0,5
Тип производства	Серийное

Таблица 4.5

Окончание табл. 4.5

Достоинствами данного метода изготовления О1111 являются:

153

• отсутствие операции травления меди с пробельных мест;

• применение материалов основания (гетинаксов), стойких к раство­рам толстослойного химического меднения;

• простота и дешевизна изготовления.

Односторонние на гибком диэлектрике рассмотоены в § 4.4.

2. Двусторонние ПП

Конструкция ДПП1 на диэлектрическом основании представлена на рис. 4.3. :

Различают Д1111 общего применения'и прецизионные, которые от­личаются сложностью конструкции, разрешающей способностью и точ­ностью элементов платного рисунка, материалами, областью примене­ния, стоимостью и другими характеристиками, причем те и другие изго­тавливают на фольгированном и нефольгированном жестком и гибком основании (рис. 4.4). Двусторонние П на гибком диэлектрике рас­смотрены в § 4.4.

Ниже будут рассмотрены ДПП в соответствии с этой классификацией.

Рис. 4.3. Двусторонняя ПП

		ДПП
Общего применения				Прецизионные

Фольгированное основание		Нефольгированное основание
1		1 .
Жесткие ПП Гибкие ПП		Жесткие ПП Гибкие ПП

Рис 4.4. Классификация ДПП, в зависимости от материала основания

1. ДПП на жестком фольгированном основании

На рис. 4.5 представлены методы изготовления ДПП общего примене­ния и прецизионных ДПП на жестком фольгированном основании,основ­ные этапы изготовления которых будут рассмотрены в дальнейшем. Основные характеристики прецизионных ДПП и общего применения на жестком фольгированном основании приведены в табл. 4.6.

Подготовка поверхностей заготовок (см. табл. 4.7, п. б) перед нанесе­нием СПФ является ответственной операцией, которую проводят чтобы:

• удалить заусенцы после сверления отверстий и наростов гальваниче­ской меди;

• обеспечить необходимую адгезию СПФ к медной поверхности под­ложки;s

• обеспечить химическую стойкость защитного рельефа на операциях проявления и травления;

• получить матовую поверхность с низкой отражающей способностью, которая обеспечивает более однородное экспонирование фоторезиста.

Применяют два способа подготовки поверхности: :

1. механическая зачистка абразивными кругами с последующей хими­ческой обработкой в растворе персульфата аммония;

2. механическая зачистка водной суспензией пемзового абразива.

Затем проводят операции сенсибилизации и активирования поверхно­сти диэлектрика (см №35.5.5.1).

Для получения защитного рельефа используется сухой пленочный ре­зист (СПФ) толщино|г'15.;.50 мкм.

Начиная с п. 10 табл. 4.7, возможны две последовательности выполне­ния этапов ТП:

• без удаления металлорезиста (олово—свинца) после операции трав­ления с последующим его инфракрасным или жидкостным оплавле-

нием; этот процесс называется «маска поверх оклавленного припоя»,

или SMOTL-процесс (soldermaskovertin-lead), так как паяльная маска наносится поверх оплавленного сплава олово—свинец;

• с удалением металлорезиста (олово—свинца, олова или никеля) или

полимерного травильного резиста после операции травления с после-

дующим нанесением паяльной маски на медный проводник; этот

процесс называется «маска поверх открытой меди», или SMOBS-npo- <■;. цесс (soldermaskoverbarecopper), или защитная маска по меди. * На рис, 4.6 представленыSMOTL- иSMOBS-процессы, начиная с опе­рации гальванического осаждения сплава олово—свинец или олова (см. табл. 4.7, п. 8).

Рис. 4.6. SMOTL- иSMOBS-процессы изготовления ПП

В SMOTL-процессе при пайке ЭРИ «волной припоя» происходит расплавление припоя, находящегося под маской, а'также вспучивание и разрушение самой паяльной маски. Кроме того, существует вероятность образования перемычек припоя между соседними проводниками при вы­сокой плотности монтажа. ВSMOBS-процессе таких проблем не сущест­вует, так как под защитной маской нет припоя. ПреимуществомSMOTL-процесса является надежная защита проврдников оплавленным припоем, которая необходима для ПП, работающих в условиях повышен­ной влажности.

Печатные платы для поверхностного монтажа обычно изготавливают по SMQBS-процессу. Это связано с высокой плотностью монтажа, необхо­димостью предотвращения растекания маски и ее смещения на контактные площадки. ПрименениеSMOBS-процесса связано также с жесткими эко­логическими ограничениями по свинцу, необходимостью очистки отрабо­танной воды при применении свинца и затратами на приобретение соот­ветствующего оборудования. Для изготовления ДПП и МПП с защитной паяльной маской (SMOBS-процесс) в том числе прецизионных, где требуется получение проводников и зазоров 0,2 мм и менее, широко используется процесс с ис­пользованием временного удаляемого металлорезиста (олова или олово—свинец), т. е. в качестве удаляемого металлорезиста может использо­ваться олово, или традиционный сплав олово—свинец. Каждый из вариан­тов имеет свои достоинства и недостатки.

Прииспользованииолова:

• исключается применение высокотокеичного электролита, содержа­

щего борфториды и свйнёц, необходимого нцля осащения сйлава

олово—свинец; ' :,

• для осаждения элова используются простые малотоксичные серно­кислые электролиты;

• раствор для стравливания олова по мере накопления в нем продуктов травления регенерируют, и раствор работает без полной замены в те­чение от полугола до одного года.

Недостатком процесса с использованием удаляемого олова является расплывание олова на медные участки, подлежащие стравливанию при снятии СПФ в щелочи, что затрудняет процесс травления.

При использований сплава олово—свинец:

• для осаждения применяется токсичный электролит, 1что является не­достатком процесса;

• раствор для стравливания сплава олово—свинец в процессе эксплуа­тации не корректируется, а полностью заменяется после накопления в нем стравливаемых металлов до концентрации 120..Л 50 г/л.

Большим достоинством процесса с использованием сплава олово—сви­нец является его универсальность: с использованием однЬй линии метал­лизации можно изготавливать как традиционные платы без паяльной мас­ки с покрытием олово—свинец всего проводящего рисунка (SMOTL-npo- цесс), так и платы с маской по меди (SMOBS-процесс) и* нанесением на открытые контактные площадки различных финишных покрытий.

Яри нанесении покрытия на участки проводящего рисунка, свободные от маски (см. табл. 4.7, п. 8), применяют:

• горячее лужение ПС-61 или сплавом Розе <олово—свинец—висмут) с выравниванием горячим воздухом;

• покрытие химический никель—иммерсионное золото[8];

• покрытие химический никель—химический палладий;