13,Материалы для изготовления пп: медная фольга, стеклотекстолит, полиимидные смолы, фольгированные материалы. Получение стеклотекстолита с введенным катализатором (аддитивная технология).

Исходные материалы можно разделить на две основные группы: материалы на бумажной основе и на основе стеклоткани. Эти материалы в виде жестких листов формуются из нескольких слоев бумаги или стеклоткани, скрепленных между собой связующим веществом путем горячего прессования. Связующим веществом обычно являются фенольная смола для бумаги или эпоксидная смола для стеклоткани, в отдельных случаях могут применяться полиэфирные, силиконовые смолы или фторопласт (политетрафторэтилен). Слоистые диэлектрики покрываются с одной или обеих сторон медной фольгой стандартной толщины.

Важнейшими требованиями к диэлектрическим материалам являются:

хорошие диэлектрические свойства; высокая механическая прочность; хорошая термостойкость; высокая химическая стойкость; незначительная зависимость электрических и механических свойств от климатических воздействий; хорошая обрабатываемость;низкая стоимость.

Особые требования предъявляются к материалам ПП специального назначения:

невоспламеняемость; хорошая клеящая способность для соединения слоев МПП; значительная гибкость при создании гибких ПП; возможность тиснения рисунка печатных проводников при изготовлении ПП с углубленными проводниками.

Диэлектрики, применяемые для изготовления ПП, состоят из наполнителя и связующего вещества (синтетической смолы).

В качестве наполнителя применяют высококачественные термостойкие материалы такие, как целлюлозная бумага, стекловолокнистая вата, стекловолокно и хлопчатобумажная ткань. По типу материала наполнителя диэлектрики для печатных плат разделяются на гетинакс (бумага), текстолит (хлопчатобумажная ткань), стеклотекстолит (стеклоткань) и стекломат (стекловолокно).

Для изготовления фольгированных гетинаксов используют бумагу из целлюлозы, получаемую из лиственных и хвойных пород деревьев. Волокна целлюлозы обладают высокими диэлектрическими свойствами, однако склонность к поглощению влаги сильно ухудшает эти свойства.

Стеклоткань сплетается из малощелочных стеклянных нитей по типу холшевой ткани и обладает хорошо развитой поверхностью для нанесения искусственной смолы.

Стекломат состоит из жгутов стеклонитей, которые в направлении утока связаны с помощью отдельных нитей. При этом необходимо учесть градиент механической прочности в направлении утока.

Чтобы облегчить пробивку отверстий, повысить стабильность размеров и уменьшить водопоглащение, материалы с бумажным наполнителем изготавливают с внешними слоями из стеклоткани. Эти материалы отличаются низкой ценой.

В зависимости от природы и соотношения компонентов, а также от используемого катализатора смолы делят на два вида: 1)термореактивные; 2)термопластичные.

При нагревании или длительном хранении резольные смолы переходят в неплавкое и нерастворимое состояние, а новолачные смолы термопластичны и могут сохранять плавкость и растворимость при длительном хранении, а также при нагреве до 200°С.

В качестве связующих базовых материалов для ПП используются различные высокомолекулярные соединения, главным образом термореактивные, т. е. такие, которые под влиянием нагревания или соответствующих добавок отверждаются, теряя растворимость и способность к текучести и пластической деформации при повышенных температурах.

В подавляющем большинстве случаев для изготовления фольгированных материалов применяются фенолформальдегидные, эпоксидные, полиэфирные, полиимидные смолы, а также композиции на их основе. Для стеклотекстолитов применяют эпоксидно-фенольные смолы.

Эпоксидные смолы получили широкое распространение, так как обладают многими ценными свойствами: при отверждении не образуют побочных продуктов; незначительные усадки (0,2-0,5%) и внутренние напряжения; смолы имеют высокие диэлектрические, прочностные характеристики и хорошие адгезионные свойства.

Однако существуют и недостатки: коробление; растрескивание, отслаивание фольги и припоя при термоударах и из-за разницы в коэффициентах термического расширения фольги, припоя и подложки минимум в 3 раза, а также легкая воспламеняемость и наволакивание смолы при сверлении отверстий. Кроме того, эпоксидные смолы имеют температуру вторичного перехода порядка 373 К. После этой температуры резко возрастает термический коэффициент расширения в направлении толщины печатной платы, что приводит к разрывам металлизации внутри отверстий.

Наиболее критичным является тот факт, что температуры пайки компонентов к платам достигают значений температур деструкции диэлектрика. Поэтому операции, связанные с пайкой, всегда так критичны и значительно уменьшают ресурс надежности плат. Применение в слоях МПП изоляции из полиимидных материалов может дать эффективное решение указанных проблем за счет:

расширения допустимого диапазона рабочих температур; увеличения теплостойкости изоляции при пайке, ремонте, термо-циклировании; уменьшения теплового расширения слоев изоляции по толщине; повышения влагостойкости изоляции; повышенной устойчивости изоляции к коррозионным процессам и др.

Постоянство размеров при высоких температурах обеспечивает применение полиимидной пленки в качестве основы для гибких печатных плат. МПП, изготовленные из полиимидного диэлектрика, характеризуются высокой технологичностью: допустимы скоростное сверление без износа сверла и многократная перепайка.

В качестве диэлектриков для производства печатных плат используют главным образом комбинации, приведенные в табл. 11

При изготовлении диэлектриков для аддитивной технологии добавляется специальный каталитический агент в смолу, применяемую для пропитки базового слоя из ткани. Наличие мелкодисперсного катализатора в смоле позволяет создавать слои, в которых отверстия после сверления можно металлизировать без активации. Такие мате­риалы обладают лучшей адгезией к химически осажденной меди, в межслойных соединениях отсутствует пленка хлоридов олова или палладия, возникающая при стандартной подготовке к металлизации обычных диэлектриков.

При полуаддитивном методе получения печатных плат изготавливается диэлектрик с адгезивом.

Фольга. В производстве фольгированных диэлектриков в качестве проводящего материала для облицовки гетинакса и стеклотекстолита используется медная фольга. Фольга изготавливается методом электролитического осаждения тонкого слоя меди на большой барабан из нержавеющей стали из сернокислого электролита (рис. 48). При вращении барабана слой меди непрерывно отделяется и сматывается в рулон. Поверхность фольги, обращенная к барабану, гладкая Ra = 0,3-0,6 мкм, а противоположная - шероховатая Ra = 3-5 мкм. Фольгу для обеспечения адгезии приклеивают к диэлектрику шероховатой стороной, которую для этой же цели предварительно оксидируют.

Структура осаждаемой на барабан меди во многом определяет свойства фольги - твердость, прочность и пластичность

Тонкомерная фольга толщиной 5 мкм защищена от возможных повреждений при хранении и транспортировании медным или алюминиевым протектором толщиной 50-75 мкм.

Для высокоплотных плат наиболее приемлема фольга толщиной 5 и 9 мкм.

В качестве исходных материалов для изготовления МПП применяют фольгированный медью стеклотекстолит толщиной 0,05-0,80 мм и прокладочную стеклоткань (препрег), пропитанную неполностью полимеризованной смолой. В качестве склеивающей стеклоткани используют ту же, что и для изготовления основного фольгированного материала. Прокладочная стеклоткань, служит для склеивания слоев МПП в монолитную систему. Для изготовления прокладочной стеклоткани применяются следующие исходные материалы: ткань из стеклянного волокна толщиной 0,1; 0,06 и 0,025 мм; искусственная термореактивная смола.

Время гелеобразования препрега 5-15 мин. Срок хранения стеклоткани - 8 месяцев. По истечении этого срока протекающие самопроизвольно процессы полимеризации ухудшают способность материала к склеиванию в процессе прессования

Поверхность стеклоткани должна быть ровной, не иметь складок, крошек заполимеризовавшейся смолы и других посторонних включений, а также участков, не пропитанных смолой. Допускаются незначительные потеки смолы, а также заломы, не нарушающие основу стеклоткани. В прокладочной стеклоткани контролируются содержание связующего (нанос смолы), количество растворимой смолы (растворимость), содержание летучих веществ