Физико-химические основы технологии электронных средств

211

Электролитический с переносом — проводники предварительно осаждаются электролитическим способом на специальную металлическую матрицу с последующим переносом их на изоляционное основание.

Фольгирование — лист медной электролитической фольги приклеивается к изоляционному основанию с одной или двух сторон.

Вжигание токопроводящих красок — соединения серебра, содержащие-

ся в пасте, нанесенной на поверхность изоляционного основания, восстанавливаются при обжиге до металла и соединяются с основанием.

Шоопирование — расплавленный металл разбрызгивается на изоляционное основание с помощью воздушного пистолета.

Вакуумное распыление — металлическая пленка наносится на изоляционное основание путем распыления металла в вакууме возгонкой либо под воздействием электрического поля.

7. Запрессовка металлических порошков — порошок металла вдавливается в изоляционное основание предварительно нагретым штампом.

Рассмотрим основные способы нанесения изображения печатных проводников.

Фотографический — копирование контактным способом изображения проводников с фотодиапозитива или негатива на основание, покрытое светочувствительной эмульсией.

Офсетный — нанесение позитивного или негативного изображения проводников на основание защитной краской с помощью печатной формы.

Сеточно-графический — нанесение позитивного или негативного изображения проводников на основание защитной краской через сетчатый трафарет.

Прессование — создание с помощью пресс-формы позитивного рельефного изображения проводников на плате в виде канавок.

Штамповка — вырубка проводников из листа фольги, наложенного на изоляционное основание, специальным штампом.

Тиснение — нанесение на основание кислотостойких пленок позитивного или негативного изображения проводников с помощью нагретой матрицы и красочной фольги.

Ксерографический — фотографирование позитивного или негативного изображения проводников методом проекции на пластину с полупроводящим слоем, заряженным до определенного потенциала. Скрытое электростатическое изображение проявляется с помощью заряженных пигментированных порошков, переносится на основание с помощью промежуточной подложки и оплавляется.

Гравирование — создание с помощью специального инструмента позитивного рельефного изображения в виде канавок.

Рисование — нанесение изображения проводников на фольгированное изоляционное основание кислотостойкими красками вручную с помощью кисти или плакатного пера.

212

Нанесение защитной краски через шаблон.

Сочетание определенного способа создания проводящего покрытия с тем или иным способом нанесения изображения определяет метод изготовления печатных плат.

13.2. МАТЕРИАЛЫ ПЕЧАТНЫХ ОСНОВАНИЙ 13.2.1. ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ ПЕЧАТНЫХ

ОСНОВАНИЙ

В качестве исходного материала для оснований печатных плат используют листовой одноили двусторонний фольгированный стеклотекстолит или гетинакс, серийно выпускаемый электротехнической промышленностью.

Фольгирование осуществляется созданием механически прочной связи поверхности медной или алюминиевой фольги с поверхностью листового диэлектрика с помощью склеивания полимеризующих веществ (клеев) под действием нагрева и давления (для бумаги — фенольная смола, для стеклоткани — эпоксидная).

Электрическая характеристика фольгированных оснований зависит от трех факторов: изоляционного основания, фольги и клея, которым фольга приклеена к основанию.

Требования к диэлектрику:

минимальная диэлектрическая проницаемость, чтобы не создавать значительных паразитных емкостей между печатными проводниками;

малые диэлектрические потери на высокой частоте, т. е. малый тангенс диэлектрических потерь в рабочем диапазоне частот;

необходимая диэлектрическая прочность; большое удельное поверхностное и объемное сопротивление изоляции;

стабильные диэлектрические параметры в интервале рабочих температур;

хорошие механические свойства (сопротивляемость изгибу, ударная вязкость) и обрабатываемость сверлением, штамповкой и фрезерованием.

Изоляционный материал должен выдерживать также кратковременные (10-15 с) воздействия температуры 200°С и выше, иметь высокую влагостойкость, высокие адсорбционные свойства к клею, которым приклеена фольга, иметь температурный коэффициент линейного расширения, близкий к значениям этого коэффициента фольги. ТКЛР меди в 6-12 раз меньше, чем у гетинакса, и в 63 раза меньше, чем у стеклотекстолита.

Слоистые пластики с бумажным наполнителем, пропитанные фенольной или эпоксидной смолой (гетинакс), применяют тогда, когда основания должны обладать хорошей штампуемостью и средней влагостойкостью.

213

Слоистые материалы со стекловолокном, пропитанные кремниевой органической смолой (стеклотекстолит), используют при изготовлении оснований, обладающих хорошими диэлектрическими и механическими свойствами, высокой влагостойкостью. Если ПП предназначена для высокой термической нагрузки, то используют силиконовые стеклопластики. Стеклянная ткань в основании способствует сближению температурных коэффициентов линейного расширения пластмассы основания и фольги. Если имеется заметная разница между коэффициентами линейного расширения, то могут произойти коробление платы и обрыв узких проводников (как у гетинакса). Прочность на изгиб у стеклотекстолита в 4-5 раз выше, чем у гетинакса. Ударная прочность в 1,5 выше, чем у гетинакса.

Фольгированный гетинакс на фенольной основе является самым дешевым и наиболее легко штампуемым материалом. Он имеет хорошие электрические характеристики в нормальных условиях, однако обладает плохой химической стойкостью в травильных растворах, низкой теплостойкостью и большим ТКЛР, он гигроскопичен, имеет малую влагостойкость.

Полистирол неприменим при пайке погружением из-за малой теплостойкости, но является хорошим материалом для ПП, работающих на СВЧ. Наиболее перспективным является применение для ПП фторопласта-4 (тефлона), но его применение ограничено сложностью прочной склейки тефлона с металлической фольгой.

Гетинакс марки Ав обеспечивает нормальную работу для частот ниже 5 Мгц, гетинакс марки Вв — до 1 Ггц.

Алюминиевая фольга легче клеится и дешевле, чем медная, но трудности пайки к алюминию заставляют покрывать ее электрохимическим слоем никеля, что влечет за собой дополнительные проблемы.

Плотность тока в ПП не должна превышать 20 А/мм2 и 15 А/мм2 — для внутренних слоев.

13.2.2. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПП

По плотности проводящего рисунка печатные платы подразделяются на три класса.

Кклассу А относятся платы с пониженной плотностью монтажа, имеющие ширину проводников 0,5-0,8 мм и зазоры между проводниками (в узких местах) — 0,5-0,8 мм. Максимально допустимые размеры плат этого класса — 470x470 мм2.

Кклассу Б относятся ПП с повышенной плотностью монтажа, т. е. имеющие ширину проводников 0,3-0,4 мм и зазоры (в узких местах) — 0,2- 0,4 мм. Максимальные габариты ПП такого класса установлены 120x180 мм2.

Кклассу В относятся ПП с шириной проводника 0,2 мм.

214

Применяемые типоразмеры ПП и шаги координатной сетки регламентированы ГОСТ 10317-79, которым установлены три шага координатной сетки 0,5; 1,25; 2,5 мм. Размеры каждой стороны ПП при длине до 100 мм должны быть кратны 2,5 мм; при длине до 350 мм — 5,0 мм; при длине более 350 мм

— 10,0 мм. Максимальный размер любой из сторон не должен быть более

470мм.

Внастоящее время отечественная промышленность выпускает широкий ассортимент фольгированных материалов для печатных плат (ПП) — как жестких, так и гибких. В большинстве своем они не уступают зарубежным аналогам и могут удовлетворить практически любые потребности конструкторов радиоэлектронной аппаратуры.

Однако необходимо отметить, что негорючие материалы для производства ПП составляют всего лишь 10% рынка материалов, так как отечественные производители не предъявляют должных требований к пожарной безопасности своих изделий. За рубежом на долю негорючих материалов приходится 95%.

Фольгированный стеклотекстолит марки СФ по-прежнему остается одним из наиболее популярных материалов для печатных плат. Такая востребованность объясняется сочетанием хороших диэлектрических и адгезионных характеристик с низкой ценой. Материал применяется для изготовления одно- и двусторонних печатных плат в относительно несложной радио- и электроаппаратуре.

Выпускаемые промышленностью фольгированные диэлектрики на основе бумаги недорогие, по своим характеристикам пригодны для использования в бытовой и аналогичной аппаратуре.

Рассмотрим конструктивно-технологические особенности печатных плат.

Печатные платы реализуют функции системы взаимозависимых характеристик — монтажных, трассировочных, структурных, конструкционных, электрических, конструктивно-технологических, эксплуатационных, надежностных и экономических.

Конкретные значения характеристик ПП определяются требованиями к устройствам и технологическим уровням изготовления. Мотивацией увеличения сложности коммутации проводников, используемых для производства электронных устройств, являются увеличение функциональной сложности и *нообразие форм электронных компонентов, монтируемых на плате. Наблюдается стремление к минимизации габаритов ПП за счет:

повышения плотности монтажа компонентов; размещения компонентов на обеих сторонах платы;

уменьшения физической и электрической длины линий связи.

Во многих применениях имеется потребность в повышении быстродействия линий связи. Это достигается прежде всего уменьшением их

длины, уменьшением искажения формы передаваемых сигналов и

215

увеличением скорости распространения сигналов. Для этих целей используется материал с малой диэлектрической постоянной и увеличивается плотность проводников и межслойных переходов. Требуемая плотность связей для корпусированных микросхем оценивается величиной 60-100 шт./см2, а для микросхем в микрокорпусах — величиной 300-500 шт./см2. Для монтажа кристаллов с шариковыми выводами плотность переходов должна быть не менее 310 шт./см2, для монтажа кристаллов на ленточном носителе (ТАВ) — 110 шт./см2, для монтажа керамического корпуса с шагом выводов 0,5 мм — 14 шт./см2.

Монтаж и коммутацию связями микросхем в корпусах со средним числом выводов и шагом выводов 0,5-0,625 мм могут обеспечивать ПП с 6-8 слоями сигнальных проводников шириной 125-150 мкм, а для монтажа микросхем в микрокорпусах с шагом выводов 0,25-0,5 мм требуются сверхплотные многослойные печатные платы (МПП), которые могут быть созданы при реализации предельных возможностей техники печатного монтажа с шириной проводников от 50 мкм и микропереходами диаметром

0,1-0,2 мм.

Повышение плотности ПП идет в направлении повышения плотности: проводников внутренних сигнальных слоев; проводников наружных монтажных слоев; рисунка проводников экранных (земли, питания) слоев;

межслойных переходов в двусторонних сигнальных слоях; межслойных переходов к контактным площадкам для присоединения

выводов микросхем, самих контактных площадок для присоединения выводов микросхем.

Серийно освоенный уровень технологии изготовления МПП с отношением толщины платы к диаметру сквозных отверстий 5/1 позволяет изготавливать МПП с числом слоев от 4 до 10.

При увеличении функциональной сложности для обеспечения надежности ПП используют следующие принципы:

изготовление проводников минимально достижимой ширины; формирование межслойных переходов предельно малого размера; использование простых конструкций соединений и межслойных

переходов. Кроме того, выполняются следующие условия: сигнальные связи размещаются на наружных и близких к поверхности слоях; соединения через торцевые

контакты сквозных переходов резервируются, как правило, в цепях подключения к шинам земли и питания. Принятые принципы и условия в полной мере реализуются в ПП с ограниченным числом сигнальных слоев, т. е. в малослойных МПП (4-6 слоев).

Гетинакс и стеклотекстолит фольгированные представляют собой слоистые прессованные пластики, изготовленные на основе бумаги (гетинакс) или ткани из стеклянного волокна (стеклотекстолит), пропитанные

216

термореактивными смолами и облицованные с одной или двух сторон медной электролитической фольгой. Предназначены для изготовления печатных плат. Гетинакс и стеклотекстолит изготовляют следующих марок (табл. 9). Толщина листа и предельные отклонения гетинакса и стеклотекстолита приведены в таблице 9. Условное обозначение фольгированного гетинакса толщиной 2 мм, облицованного с одной стороны медной электролитической фольгой толщиной 35 мкм, — гетинакс ГФ-1-35-2

ГОСТ 10316-78.

Диэлектрик фольгированный тонкий изготовляют из стеклоткани, про-

питанной термореактивной смолой и облицованной с одной или двух сторон электролитической фольгой. Фольгированный диэлектрик предназначен для

Таблица 9 Марка и характеристика гетинакса и стеклотекстолита

Марка	Толщина,		Характеристика				Длительно
	мм						допустимая
							рабочая темпе-
							ратура печатной
							платы, °С
ГФ-1-35		Гетинакс,		облицованный		с	До 85
		одной	стороны		медной
		электролитической			фольгой
		толщиной 35 мкм
ГФ-2-35		То же, облицованный с двух
		сторон
ГФ-1-50		Гетинакс,		облицованный		с
		одной	стороны		медной
		электролитической			фольгой
		толщиной 50 мкм
ГФ-2-50		То же, облицованный с двух
		сторон
СФ-1-35	1-3	Стеклотекстолит,
		облицованный		с одной	стороны
		медной	электролитической
		фольгой толщиной 35 мкм
СФ-2-35		То же, облицованный с двух
		сторон
СФ-1Н-35		Стеклотекстолит,					До 100
		нагревостойкий,		облицованный		с
		одной	стороны		медной
		электролитической			фольгой,
		толщиной 35 мкм
СФ-2Н-35		То же, облицованный с двух
		сторон

217

СФ-1-50		Стеклотекстолит,			До 85
		облицованный с одной		стороны
		медной	электролитической
		фольгой толщиной 50 мкм
СФ-2-50	0,5-3	То же, облицованный с двух
		сторон
СФ-1Н-50		Стеклотекстолит,			До 100
		нагревостойкий, облицованный с
		одной	стороны	медной
		электролитической		фольгой
		толщиной 50 мкм
СФ-2Н-50		То же, облицованный с двух
		сторон

изготовления МПП и микроэлектронных устройств. Диэлектрик фольгированный в зависимости от свойств изготовляют следующих марок (табл. 10). Условное обозначение диэлектрика фольгированного тонкого марки ФДМ-2 класса А, толщиной 0,25 мм, облицованного с двух сторон фольгой, — диэлектрик фольгированный ФДМ-2А-0,25 ТУ 16-503.084-77.

Т а б л и ц а 1 0 Марка и характеристика диэлектрика фольгированного тонкого

Марка		Характеристика
ФДМЭ-1А		Фольгированный диэлектрик, облицованный с одной
	стороны медной гальваностойкой фольгой с показателями по
	классу А
ФДМ-2А		Фольгированный диэлектрик, облицованный с двух
	сторон медной гальваностойкой фольгой
ФДМЭ-1Б		То же, облицованный с одной стороны оксидированной
ФДМ-1Б	медной фольгой с показателями по классу Б
ФДМЭ-2Б		То же, облицованный с двух сторон оксидированной
ФДМ-2Б	медной фольгой
Т а б л и ц а 1 1
Марка	и	характеристика	травящегося	фольгированного
стеклотекстолита
Марка		Характеристика
ФТС-1-20-А		Фольгированный	травящийся	стеклотекстолит,
	облицованный с одной стороны гальваностойкой медной
	фольгой, толщиной 20 мкм с показателями по классу А
ФТС-2-20-А		То же, облицованный с двух сторон
ФТС-1-20-		Фольгированный	травящийся	стеклотекстолит,
АО	облицованный с одной стороны гальваностойкой медной
	фольгой толщиной 20 мкм с показателями по классу А, с

218

	улучшенными показателями по изменению линейных
	размеров, емкости и толщины
ФТС-2-20-	То же, облицованный с двух сторон
АО
ФТС-1-35-А	Фольгированный	травящийся	стеклотекстолит,
	облицованный с одной стороны гальваностойкой медной
	фольгой толщиной 35 мкм с показателями по классу А
ФТС-2-35-А	То же, облицованный с двух сторон
ФТС-1-35-	Фольгированный	травящийся	стеклотекстолит,
АО	облицованный с одной стороны гальваностойкой медной
	фольгой толщиной 35 мкм с показателями по классу А, с
	улучшенными показателями по изменению линейных
	размеров, емкости и толщины
ФТС-2-35-	То же, облицованный с двух сторон
АО
ФТС-1-35-Б	Фольгированный	травящийся	стеклотекстолит,
	облицованный с одной стороны оксидированной или
	гальваностойкой медной фольгой толщиной 35 мкм с
	показателями по классу А
ФТС-2-35-Б	То же, облицованный с двух сторон

Стеклотекстолит фольгированный травящийся представляет собой ли-

стовой слоистый прессованный пластик, изготовленный из стеклоткани, пропитанной искусственной термореактивной смолой и облицованной с одной или двух сторон электролитической фольгой с гальваностойким покрытием или медной электролитической оксидированной фольгой. Предназначен для изготовления МПП методом металлизации сквозных отверстий. Фольгированный травящийся стеклотекстолит в зависимости от свойств изготовляют следующих марок (см. табл. 11).

Стеклотекстолит фольгированный травящийся всех марок, кроме марки ФТС-2-35-Б, со сплошным покрытием должен допускать воздействие температуры от -60 до +120°С, а марки ФТС-2-35-Б — от -60 до +110оС. Условное обозначение фольгированного травящегося текстолита толщиной 0,18 мм, облицованного с одной стороны гальваностойкой фольгой толщиной 20 мкм, класса А, — стеклотекстолит ФТС-1-20-А-0,18 ТУ 16-503.154-76.

Стеклотекстолит фольгированный нагревостойкий (СФПН) представ-

ляет собой слоистый прессованный материал повышенной нагревостойкости, изготовленный из стеклоткани, пропитанной термореактивной смолой и облицованный с одной или двух сторон медной электролитической оксидированной фольгой. Предназначен для изготовления печатных плат. Стеклотекстолит нагревостойкий в зависимости от свойств изготовляют следующих марок (табл. 12). Условное обозначение фольгированного

219

стеклотекстолита нагревостойкого 1,5 мм, облицованного с двух сторон фольгой толщиной 50 мкм, — стеклотекстолит СФПН-2-50-1,5 ТУ 6-05-1776- 76.

	Та б л и ц а 12
	Марка	и	характеристика	нагревостойкого	фольгированного
стеклотекстолита
	Марка		Характеристика
	СФПН-		Стеклотекстолит, облицованный с одной стороны фольгой
	1-50	толщиной 50 мкм, предназначенный для изготовления
		печатных плат, допускающих работу при относительной
		влажности до 98% и температуре не выше 40°С, а также при
		температуре до 160оС в течение суммарного или непрерывного
		времени 100 ч
	СФПН-		То же, облицованный с двух сторон фольгой толщиной 50
	2-50	мкм

Та 6 л и ц а 13 Марка и характеристика стеклотекстолита марок СТФ-1 и СТФ-2

Марка	Характеристика
СТФ-1	Стеклотекстолит теплостойкий фольгированный для
	изготовления печатных плат, облицованный с одной стороны
	медной электролитической фольгой
СТФ-2	То же, облицованный с двух сторон

Таблица 14 Марка и характеристика стеклотекстолита СТПА-5-1 и СТПА-5-2

Марка	Характеристика
СТПА-	Стеклотекстолит теплостойкий, облицованный с одной
5-1	стороны медной электролитической фольгой толщиной 0,005
	мм с гальваностойким покрытием, защищенной снаружи
	медной или алюминиевой фольгой (протектором) толщиной
	0,05—0,07 мм
СТПА-	То же, облицованный с двух сторон
5-2

Стеклотекстолит теплостойкий фольгированный марок СТФ-1 и СТФ- 2 представляет собой слоистый прессованный материал, изготовленный из стеклоткани, пропитанной термореактивной эпоксидной смолой, облицованной с одной или двух сторон медной электролитической фольгой. Предназначен для изготовления обычных и многослойных печатных плат методом металлизации сквозных отверстий или другими. В исходном состоянии (со сплошным покрытием фольгой) стеклотекстолит допускает воздействие температур от -60 до +150°С в течение 150 ч. Стеклотекстолит в зависимости от свойств изготовляют следующих марок (табл. 13). Условное

220

обозначение стеклотекстолита марки СТФ-2 толщиной 0,5 мм — стеклотекстолит СТФ-2-0,5 ТУ 16.503.161-77.

Диэлектрик фольгированный серии «Д» представляет собой слоистый прессованный материал, изготовленный из стеклоткани, пропитанной эпоксидной смолой и облицованный с одной или двух сторон медной электролитической фольгой. Диэлектрик не расслаивается, и на поверхности не появляются пузыри после выдержки при температуре 130°С в течение 15 ч. Диэлектрик изготовляют марок ДФС-1 и ДФС-2. Условное обозначение фольгированного самозатухающего диэлектрика марки ДФС толщиной 0,5 мм, облицованного с двух сторон медной электролитической фольгой, — диэлектрик ДФС-2-0,5 ТУ 16-503.202-80.

Стеклотекстолит теплостойкий марок СТПА-5-1 и СТПА-5-2

представляет собой слоистый прессованный материал, изготовленный из стеклоткани, пропитанной эпоксидной смолой. Предназначен для изготовления печатных плат как однослойных, так и многослойных с увеличенной плотностью монтажа по полуаддитивной технологии. Стеклотекстолит в зависимости от свойств изготовляют следующих марок (табл. 14). Условное обозначение стеклотекстолита марки СТПА-5-1 толщиной 0,1 мм, облицованного с одной стороны медной электролитической фольгой толщиной 0,005 мм с гальваностойким покрытием, защищенной снаружи медной или алюминиевой фольгой (протектором) толщиной 0,05-0,07 мм, — стеклотекстолит СТПА-5-1-0,1 ТУ

16-503.200-80.

Листы фторопластовые неармированные и армированные фольгированные предназначены для изготовления печатных плат, работающих при температуре от -60 до +250°С. Фторопластовые листы марок ФФ-4, ФАФ-4Д облицованы с двух сторон медной электролитической хромированной и гальваностойкой фольгой толщиной 0,035 и 0,05 мм. Условное обозначение фольгированных неармированных фторопластовых листов толщиной 2 мм, облицованных медной электролитической хромированной фольгой толщиной 0,035 мм, — лист ФФ-4-0,035Хр-2 ГОСТ

21000-81.

Стеклотекстолит фольгированный марок Ш и ШУ представляет собой слоистый пластик, изготовленный из стеклоткани, пропитанной термореактивной эпоксидной смолой, облицованной с одной или двух сторон медной электролитической фольгой с гальваностойким покрытием.

Предназначен для изготовления микропечатных шлейфов магнитопленочных запоминающих устройств и многослойных полосковых плат быстродействующих ЭВМ. Фольгированный стеклотекстолит в зависимости от свойств изготовляют марок, указанных в таблице 15.