4.2. Классификация печатных плат

В настоящее время разработано большое число конструктивно-технологических разновидностей печатных плат ( ПП ).

Классификация ПП приведена на рис 4.2.

Односторонние ПП представляют собой диэлектрическое основание с отверстиями, пазами и т.д., на одной стороне которого выполнен проводящий рисунок, а на другой - размещают при сборке интегральные микросхемы и электрорадиоэлементы.

Наиболее просты по конструкции и дешевы при изготовлении ОПП без металлизированных отверстий. Более сложны в изготовлении и более надежны в эксплуатации ОПП с металлизированными отверстиями.

Двухсторонние печатные платы (ДПП) имеют проводящий рисунок на обеих сторонах основания. Необходимые соединения выполняют с помощью металлизированных отверстий и контактных площадок. ДПП позволяет реализовать сложные схемы. Наиболее распространены ДПП на диэлектрическом основании.

Металлические ДПП с изоляционным покрытием имеют лучший теплоотвод.

Многослойные ПП (МПП) состоят из слоев изоляционного материала и проводящего рисунка. Между проводящими слоями могут быть или отсутствовать межслойные соединения. Существует много разновидностей МПП: МПП с выступающими выводами, с открытыми контактными площадками, с послойным наращиванием рисунка, МПП со сквозными металлизированными отверстиями и т.д.

Гибкие ПП (ГПП) имеют эластичное основание, выполняются двусторонними с металлизированными отверстиями, контактными площадками.

ГПП (шлейфы) состоят из одного или нескольких проводящих слоев, на которых размещены печатные проводники. Гибкие кабели хорошо выдерживают перегибы, вибрации, применяются для соединения узлов и блоков ЭВА.

4.3. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

Методы изготовления печатных плат подразделяются на:

1. Субтрактивные - проводящий рисунок образуется за счет удаления проводящего слоя с участков поверхности, образующих непроводящий рисунок (пробельные места);

2. Аддитивные - проводящий рисунок образуется нанесением проводящего слоя заданной конфигурации на непроводящее основание плат;

3. Полуаддитивные - проводящий рисунок получают нанесением проводящего слоя на основание с предварительно нанесенным тонким проводящим покрытием, впоследствии удаляемого с пробельных мест

Выбор метода зависит от конструктивного исполнения, необходимых конструктивных и эксплуатационных характеристик, технико-экономического анализа.

ОПП и ГПП изготавливаются на одностороннем фольгированном диэлектрике субтрактивным позитивным методом: на медную фольгу диэлектрика защитным слоем, стойким к травлению, наносится позитивный рисунок схемы. Незащищенные участки фольги стравливаются. После удаления маски сверлятся отверстия, плата обрабатывается по контуру, на нее наносится защитное покрытие.

Процесс несложен, имеет короткий технологический цикл, легко механизируется и автоматизируется, обеспечивает высокую разрешающую способность.

Недостаток - эффект бокового подтравливания элементов рисунка схемы.

Аддитивный метод изготовления ОПП основан на избирательном осаждении химической меди на нефольгированный диэлектрик.

ДПП и ГПП изготавливаются  позитивным комбинированным методом, основанным на применении двухстороннего фольгированного диэлектрика. Металлизация отверстий выполняется электрическим способом; рисунок - травлением меди с пробельных мест. 

  После химикогальванической металлизации поверхности фольги и монтажных отверстий с помощью позитивного фотошаблона, сеткографической краски или фоторезиста наносится негативный рисунок схемы. На проводящий рисунок и отверстия, незащищенные маской, осаждают медь, металлорезист. Защитный слой снимается, проводится травление  с пробельных мест слоя предварительной металлизации и фольги. Защищенный металлорезистом проводящий рисунок остается невытравленным. 

  ДПП, выполненные аддитивным методом, имеют высокую разрешающую способность, соответствующую разрешающей способности нанесенного рисунка. Толщина меди получается одинаковой на всех участках ПП и в отверстиях. 

  МПП изготавливаются методами, основанными на типовых операциях, применяемых в ОПП и ДПП. Специфические операции - прессование слоев, создание межслойных соединений и т.д. 

  Наиболее распространены МПП с металлизацией сквозных отверстий. Основные этапы: изготовление внутренних слоев химическим методом, прессование слоев в монолитную структуру, сверление сквозных отверстий с их последующей металлизацией и образованием рисунка наружных слоев комбинированным позитивным методом. 

4.4. ТИПОВЫЕ ОПЕРАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

 Производство ПП характеризуется большим числом механических, фотохимических и химических операций. Так технологический процесс МПП включает более 100 операций, используется более 40 типов специального оборудования. При производстве ПП можно выделить типовые операции:

  1. Заготовительные операции: раскрой заготовок, резка материалов, выполнение базовых отверстий, заготовка слоев МПП. 

  Размеры слоев и заготовок определяются их габаритами и припусками. Для ОПП и ГПП припуск 3-5 мм; для МПП и ДПП припуск до 20 мм. Малогабаритные ПП до 100 мм располагают на групповой заготовке на расстоянии 5-10 мм. Резка выполняется методом штамповки или гильотинными ножами. Базовые отверстия необходимы для совмещения слоев при образовании рисунка схемы. 

 2. Образование монтажных и переходных отверстий. Используется два метода выполнения отверстий: пробивка на специальных штампах и сверление. 

 Пробивка используется тогда, когда отверстия не металлизируются. 

Сверление обеспечивает качество отверстий (ровные стенки, без трещин, отслаиваний фольги от диэлектрика) и точность.

Выполняется на автоматизированных специальных станках, контроль качества выполняется визуально с помощью микроскопов. Наличие отверстий проверяется сканированием эталонной и проверяемой плат.

3. Подготовка поверхности заготовок выполняется несколько раз на всех этапах процесса производства ПП. Различают механическую, химическую, комбинированную очистку поверхности, которая включает:

а) очистку поверхности от оксидов, пленки и др. вида загрязнений;

б) щелочное обезжиривание моющими средствами;

в) водную промывку;

г) декапирование в растворе кислоты;

д) промывку в холодной и горячей воде;

е) сушку;

з) контроль качества поверхности.

4. Химическая металлизация заключается в химической реакции осаждения меди, используемой в качестве основного слоя при нанесении токопроводящего рисунка. Толщина слоя должна быть 0.25-1.0 мкм для полного покрытия поверхности диэлектрика и стенок отверстий однородным, сплошным, хорошо сцепляемым слоем с диэлектрическим слоем.

5. Гальваническая металлизация для предварительного увеличения тонкого слоя меди до толщины 5-8 мкм с целью нанесения рисунка схемы, образования рисунка схемы с толщиной меди в отверстиях не менее 25 мкм, нанесения металлического резиста для предохранения проводящего слоя от коррозии.

6. Нанесение рисунка схемы для получения защитной маски при травлении проводящего рисунка.

Рисунок должен иметь четкие границы между областями защищенных и незащищенных участков схемы с точным воспроизведением тонких линий, быть стойким в процессе травления, не загрязнять платы какими-либо примесями, хорошо сниматься и иметь окраску для контроля нанесения.

Способы нанесения: сеткографический и фотохимический. Инструменты нанесения: фотошаблоны на стекле и пленке.

7. Травление меди с пробельных мест это один из важнейших этапов нанесения рисунка. В результате образуется проводящий рисунок, качество которого зависит от резиста. Рисунок должен быть четким, сплошным и иметь необходимую толщину.

8. Оплавление металлорезиста.

После травления резист окисляется, теряет способность к пайке. Для устранения этих недостатков производят оплавление с помощью инфракрасного излучения в жидкости или газе. Происходит изменение физического состояния и кристаллической структуры. Образуется кристаллическая поверхность резиста c хорошей паяемостью.

9. Обработка по контуру, маркировка, хранение ПП.

Обработка по контуру выполняется вырубкой штампами или фрезерованием.

Маркировка осуществляется с помощью сеткографии, нанесением символов специальными штемпелями. Маркировка состоит из товарного знака завода изготовителя, обозначения платы, заводского номера, года и месяца выпуска, монтажных сигналов и символов, облегчающих сборку.

Затем выполняется контроль качества поверхности. Для хранения необходима консервация ПП с помощью ацетоноканифольного или спиртоканифольного флюса, распыляемого по поверхности. Хранение в складских помещениях, где отсутствуют пары кислот, щелочей и других химикатов; температура от 5 градусов до 40 градусов, относительная влажность до 70 % . Срок хранения 6 месяцев, затем повторный контроль печатных плат.