4

зированные, сквозные) служат для оценки погрешностей при изготовлении функциональных элементов, а также всех остальных видов отверстий в ПП.

Это далеко не полный перечень элементов ПП (КП), так как, помимо упомянутых, конструкции плат могут содержать различные часто применяемые покрытия (припойные, влагозащитные, конформные (для защиты соседних элементов от затеканий припоя при лужении и пайке) и др.); встроенные детали (штифты, контактные колодки и др.), которые редко используют; встроенные пассивные элементы и (или) бескорпусные микрокомпоненты, замоноличиваемые в структуре КП, что весьма перспективно для создания микросистем одновременно с коммутационным узлом, которые еще предстоит освоить; диэлектрическое основание, изолирующие прокладки и другие элементы, монолитно связанные в единую конструкцию КП.

Конструкторско-технологические разновидности ПП.

С точки зрения конструкторско-технологической реализации, ПП (по сравнению с другими средствами коммутации) можно охарактеризовать особенностями:

плоскостным расположением проводящих элементов (дорожек) без пересечений с каждой стороны диэлектрического основания, что позволяет минимизировать паразитные ёмкости между ними (рис.4.3);

а) б)

Рис.4.3. Упрощенное представление расположения на ПП токопроводящих дорожек и переходных отверстий: а – с одной стороны, б – с другой стороны платы.

наличием монтажных отверстий и отверстий для межслойных соединений (в общем случае), что позволяет избегать пересечений проводников и минимизировать длину электрических цепей и, тем самым, уменьшать задержку распространения электрических сигналов;

наличием системы размещения отверстий и других элементов в виде координатной сетки (шаг координатной сетки более 2,5 мм почти не используется), что создает возможность автоматизации проектирования и изготовления ПП, а также упрощает проектирование фотошаблонов и трафаретов;

возможностью точного дозирования на их поверхности припойных и других материалов, что позволяет реализовать высокоплотную коммутацию с улучшенными массогабаритными показателями, электрофизическими и механическими параметрами, а также меньшей материалоемкостью;

повышенной надежностью, так как в производстве ПП возможна реализация тестового контроля, в том числе и автоматизированного, что способствует повышению качества изготовления плат;

возможностью реализации групповых, в том числе автоматизированных, технологий производства плат, что позволяет снизить трудоемкость изготовления и повысить технологичность коммутационных конструктивов;

применением прецизионных технологий для получения элементов платы с минимальными размерами при высокой точности их воспроизведения;

5

независимостью технологий изготовления от топологии коммутации плат, что обеспечивает создание плат для разных ЭУ в одном групповом технологическом процессе, а различные рисунки коммутации при этом получают путем смены фотошаблонов (основного инструмента фотопечати, то есть процесса фотолитографии).

В связи с большим разнообразием ПП (КП), выпускаемых отечественными и зарубежными предприятиями, существует ряд классификаций (в зависимости от разных признаков, положенных в их основу) для упрощения анализа и выбора необходимого типа ПП. Так, в зависимости от числа коммутационных слоёв (уровней коммутации или слоёв металлической разводки) различают:

односторонние ПП (ОПП);

двусторонние ПП (ДПП);

многослойные или многоуровневые ПП (МПП).

Взависимости от степени жёсткости (или гибкости) основания различают:

−жёсткие ПП;

−гибкие ПП (ГПП);

−комбинированные, т.е. жёстко-гибкие ПП.

По материалу несущего основания можно выделить:

ПП на диэлектрическом основании, например, стеклотекстолитовые, ситалловые, керамические, полиимидные, пластмассовые и др.;

ПП на металлическом основании, например, стальные эмалированные, на основе анодированного алюминиевого сплава, на основе структуры медь – инвар – медь с изолирующим покрытием и др.;

ПП на полупроводниковом основании, например, на основе кремния;

гетерослойные (например, со структурой стеклотекстолит-полиимид, полиимиданодированный алюминиевый сплав, керамика-полиимид и др.).

По особенностям формообразования ПП могут быть:

−плоскими;

−рельефными;

−объемными;

−объемно-рельефными.

По плотности коммутирующих элементов и типам конструкции используемых навесных компонентов различают:

ПП для традиционного монтажа;

ПП (КП) для поверхностного монтажа;

ПП (КП) для смешанного (традиционного и поверхностного на одной ПП (или КП)) монтажа.

УПП для традиционного монтажа плотность монтажа характеризуется шагом коммутирующих элементов (1,25 мм и более), а также конструкцией используемых навес-

ных компонентов, пригодных для монтажа в отверстиях плат. Шагом называется расстояние между центрами соседних проводников.

ПП для поверхностного (высокоплотного) монтажа обычно называются коммута-

ционными платами (КП) с шагом коммутационных элементов 1,25 мм и менее, такие платы требуют применения навесных компонентов в микрокорпусах и на лентах – носителях и (или) бескорпусных.

Иногда ПП (КП) различают в зависимости от технологии получения электропроводящих слоев (от технологии металлизации); например ПП, получаемые по субтрактивной (с использованием селективного травления металлической фольги), либо аддитивной (с ис-

6

пользованием химического осаждения металла), либо полуаддитивной (с использованием химико-гальванической металлизации), либо тонкопленочной, либо толстопленочной, либо полимерной или другой технологии, включая комбинации некоторых из них.

По функциональному назначению ЭУ, в которых ПП используются, можно выделить:

ПП для мощных устройств;

ПП для СВЧ-устройств;

ПП для цифровых быстродействующих устройств;

ПП для устройств измерительной техники и т.п.

Если в основу классификации положить разновидность конструкторскотехнологической реализации ПП (КП), то их количество может составить 200 и более видов. Поэтому целесообразно рассмотреть наиболее освоенные разновидности ПП.

Самыми простыми по конструкции и технологии изготовления являются односторонние (однослойные) печатные платы, они выполняются обычно без металлизированных отверстий, площадь размещения рисунка коммутации в таких ПП невелика, так как коммутация реализуется только на одной стороне платы. В основном ОПП предназначены для электронных устройств бытового и вспомогательного назначения, а также часто используются при макетировании ЭУ.

Двухсторонние печатные платы имеют проводящий рисунок с двух сторон платы, соединения проводников обоих слоёв выполняются в нужных местах с помощью металлизированных отверстий. ДПП широко используются для изготовления разнообразных ЭУ, более сложных, чем на ОПП. ДПП на металлических основаниях с диэлектрическим покрытием из стекла, стеклоэмали или лака (например, полиимидного) пока менее распространены, чем на диэлектрических основаниях.

Разнообразие конструкторско-технологических вариантов реализации ОПП и ДПП зависит от:

технологии формирования электропроводящих покрытий;

технологии получения рисунка коммутации;

технологии формирования и металлизации переходных и монтажных отверстий;

разновидности материала основания ПП и его специфических свойств (гибкости, технологичности, термо- и вибростойкости, устойчивости к радиации и другим воздействиям, травимости в избирательных средах и т.д.).

Сточки зрения плотности коммутации и функциональных возможностей, даже при всех одинаково выбранных материалах и технологиях, ДПП превалируют над ОПП, усту-

пая им только по себестоимости. Если в качестве оценочных показателей перспективности ПП (КП) принять наибольшую плотность коммутации при наименьших массогабаритных показателях, то целесообразно рассматривать КП, получаемые с применением прецизионных технологий формирования коммутации, получения и металлизации переходных отверстий и создания многослойных структур коммутации на основе тонкопленочной технологии с использованием низкоматериалоемких пленочных диэлектриков. К таким КП относятся прежде всего гибкие ДПП и гибкие МПП, которые обычно изготавливают на основе полиимидной плёнки, хотя существуют и развиваются другие конструкторскотехнологические варианты.

Жёстко-гибкие конструкции ПП позволяют соединить друг с другом МПП (или ДПП) на жестких основаниях общим гибким слоем (с коммутирующими элементами) почти при любом их расположении без соединителей и электрического монтажа, что позволяет:

уменьшить массагабаритные показатели изделия;

исключить ошибки при монтаже;

7

сократить время испытания и ремонта изделия;

снизить стоимость сборки функциональных узлов на таких платах.

Гибкий слой коммутации в этом случае является общим для двух соединяемых МПП (или ДПП) и содержит плёночное защитное покрытие на соединительном участке.

С применением гибких полимерных пленочных диэлектриков изготавливаются, кроме плат, и другие коммутационные узлы, в частности гибкие шлейфы, состоящие из одного или нескольких диэлектрических слоёв, на которых выполнены печатные проводники. Гибкие плоские кабели состоят из 2 - 60 тонких проводников диаметром не более 40 мкм, залитых или запрессованных в эластичную полимерную оболочку, например в полиэтиленовую, поливинилхлоридную, лавсановую и др., но нередко их изготавливают с применением диэлектрических оснований в виде плёнок из аналогичных полимерных материалов и печатных проводников. Гибкие шлейфы (кабели) хорошо выдерживают многократные перегибы, вибрации; занимают меньшие объемы и в несколько раз легче обычных кабелей и жгутов, применяемых для межузлового и межблочного монтажа.

Многослойные печатные платы состоят из чередующихся слоёв изоляционных и токопроводящих материалов, сформированных в соответствии с разработанной топологией для каждого слоя. Между различными коммутационными слоями формируют межслойные электрические соединения. В простейшем случае конструкция МПП представляет собой монолитную структуру, состоящую из отдельных ОПП и (или) ДПП (т.е. заготовок), разделяемых изолирующими прокладками с организованными электрическими соединениями между коммутационными слоями.

Различия конструкторско-технологических вариантов МПП во многом определяются технологией создания межслойной коммутации, которая реализуется следующими способами:

через сквозные металлизированные отверстия в структуре платы;

через металлизированные отверстия в отдельных слоях (через глухие, либо глухие и внутренние отверстия) платы;

через окна, сформированные в межслойном диэлектрике с помощью фотолитографии либо трафаретной печати;

через неметаллизированные отверстия (сквозные и глухие) с помощью объёмных проводящих деталей, перемычек проводов, полосок фольги, заполнения припоем разновысотных глухих отверстий с имеющимися на их дне открытыми

контактными площадками, с использованием выводов навесных компонентов, устанавливаемых в таких отверстиях и др.

Не менее важными факторами, способствующими возрастанию числа конструктор- ско-технологических вариантов современных МПП, являются:

технология создания многослойной структуры (например, путем набора в пакет единичных ОПП и (или) ДПП с последующим замоноличиванием пакета, либо послойным наращиванием диэлектрических и электропроводящих материалов с требуемой топологией и др.);

технология получения электропроводящих и диэлектрических покрытий (фольгирование, химическое или электрохимическое осаждение, вакуумное напыление и др. – для проводящих покрытий; использование изолирующих прокладок, вакуумное либо пиролитическое осаждение, анодирование, пульверизация, переносная либо трафаретная печать и др. – для диэлектрических покрытий);

технология формирования рисунка в разных слоях (переносная печать, трафаретная печать, фотолитография, лазерная технология и др.);

8

разновидности используемых материалов в структуре МПП с учетом их специфических свойств, обеспечивающих реализацию конструкции МПП с требуемыми физико-химическими, электрофизическими, механическими, тепловыми и другими характеристиками;

возможности встраивания в структуру МПП пленочных пассивных элементов и (или) микрокомпонентов (преимущественно бескорпусных), а также различных

миниатюрных деталей.

Печатно-проводные платы (ППП) - это ПП, в которых коммутационными элементами являются не только печатные проводники, но и объёмные провода, представляющие собой перемычки, пропускаемые через сквозные отверстия на нужные контактные площадки с разных сторон платы и выполняющие роль межслойной коммутации. С точки зрения конструкции ППП представляют собой сочетание одной или нескольких ДПП и монтажных изолированных проводов диаметром 0,1 мм и менее (рис.4.4). Их применение целесообразно для:

сокращения сроков проектирования и изготовления изделия;

освоения производства сложной аппаратуры (для макетирования);

единичного производства МПП при изготовлении сложных ЭУ, т.к. стоимость

ППП в сравнении с МПП сокращается на 20 - 40 %, что весьма существенно.

3			2

1

4

Рис.4.4. Эскиз фрагмента сечения конструкции печатно-проводной платы: 1 – диэлектрическое основание; 2 – печатный проводник; 3 – гибкие перемычки из провода; 4 – сквозное отверстие (неметаллизированное).

Рельефные платы отличаются тем, что проводники фомируют в канавках диэлектрического основания, предварительно изготовленных в соответствии с топологией коммутирующих элементов (рис.4.5). Такая конструкция плат может быть реализована в виде ОПП, ДПП и МПП с заглубленными элементами коммутации. Основные достоинства рельефных ПП:

высокая надежность коммутации (так как она заглублена);

возможность организации экологически чистой технологии (так как можно не использовать жидкие агрессивные технологические среды для травления);

возможность изготовления функционального узла одновременно с изготовлением платы (за счет заглубления микрокомпонентов, преимущественно бескорпусных);

возможность создания портативных миниатюрных, легких устройств плоской конструкции;

невысокая стоимость изготовления.

9

1

2

3

а)

4

б)

Рис.4.5. Эскиз сечения фрагмента конструкции рельефной ДПП: а – после этапа создания рельефа в диэлектрическом основании; б – после формирования металлизации в канавках и отверстии; 1 – диэлектрическое основание; 2 – канавка для проводников; 3 - переходное отверстие; 4 – заглубленные коммутирующие элементы.

Объёмные платы представляют собой функциональные узлы, в которых реализуется заглубленный (в объёме платы) монтаж компонентов (чаще всего бескорпусных), осуществляемый одновременно либо последовательно с формированием многослойной структуры коммутационной платы. В отличие от рельефных МПП, в объемных платах для коммутационных элементов рельеф часто не создается, их формируют с применением обычных и новых для МПП технологий с заглублением микрокомпонентов, хотя в отдельных случаях не исключено использование рельефной технологии при изготовлении объемных МПП

(то есть объемно-рельефных плат).

На основе рельефных и объемных МПП в едином технологическом цикле можно создавать объемные интегральные многокристальные модули, микросистемы и другие уникальные миниатюрные ЭУ, в том числе с высоким быстродействием, которые могут использоваться как в качестве суперкомпонентов, так и в виде самостоятельных изделий.

К основным недостаткам рельефных и объемных плат следует отнести невысокую нагревостойкость, так как при их изготовлении используются термопластичные полимерные материалы; низкую ремонтопригодность, а также повышение стоимости изготовления с увеличением количества слоев коммутации.

Классы печатных плат.

В зависимости от ширины проводящих дорожек (t), расстояний между дорожками (δ ), ширины пояска контактной площадки при отверстии (b), а также отношения диаметра наименьшего из металлизированных отверстий к толщине платы (γ ), различают 5 кла ссов

ПП(рис.4.6 и табл.4.1).

Показатель γ определяется

γ = dhmin ;

где dmin - наименьший диаметр из d1 и d2 (см. рис.4.6.); h - толщина ПП.