1.3.3. Способ нанесения рисунка печатных проводников

Для нанесения рисунка печатного монтажа на печатную плату в производстве наиболее часто применяют три способа: офсетная печать, сеткография и фотопечать. Критериями выбора способа являются плотность монтажа, объемы производства (единичное, серийное или массовое), производительность оборудования.

В основе метода офсетной печати лежит изготовление офсетного цилиндра, к которому прикрепляется печатная форма. Рельеф печатной формы повторяет рисунок печатной платы. На форму валиком наносят трафаретную краску, а затем офсетный цилиндр переносит краску с формы на подготовленное основание печатной платы. Метод удобен в условиях массового и крупносерийного производства и обеспечивает исполнение плат 1-го и 2-го классов точности. Минимально возможная ширина проводников и зазоров между ними 0,3 – 0,5 мм с точностью воспроизведения изображения ±0,2 мм. Основным его недостатком, помимо необходимости наличия дорогого оборудования и квалифицированного обслуживающего персонала, является сложность изменения рисунка платы.

При сеткографическом методе заранее заготавливается трафарет – сетка, на которой открытыми ячейками образован рисунок платы. Рисунок на печатную плату наносится путем продавливания специальной краски через трафарет с помощью резиновой лопатки (ракеля). Классы точности плат, изготавливаемых с использованием сеткографического метода, аналогичны методу офсетной печати. Сеткография обеспечивает высокую производительность и экономичность в условиях массового производства.

Метод фотопечати характеризуется самой высокой точностью (±0,05 мм) и плотностью монтажа, что соответствует 3 – 5 классам (ширина проводников и зазоров между ними 0,1 – 0,25 мм). Метод состоит в контактном копировании рисунка печатной платы с фотошаблона на основание, покрытое светочувствительным материалом (фоторезистом).

1.3.4. Материал основания печатной платы

В качестве основания печатных плат используют фольгированные или нефольгированные диэлектрики (гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, стеклоткань, лавсан, полиимид, фторопласт и т. д.), керамические материалы и металлические пластины.

Рассмотрим распространенные типы диэлектрических оснований.

Гетинакс (ГФ; ХРС, ХХХРС, ХХХР) – это материал на основе электроизоляционной бумаги с пропиткой фенольной смолой. Обычный цвет – коричневый. Предназначен для работы в нормальных условиях влажности окружающей среды (45 – 75 % при температуре 15 – 35°С). Нагревостойкость не выше 90°С. Огнестойкие варианты гетинакса обозначаются FR-1 и FR-2.

В скобках приведены обозначения по [32] (кириллические обозначения), и обозначения по стандартам NEMA² (латинские обозначения).

Эпоксидный гетинакс (отечественной промышленностью не выпускается; FR-3) выполнен на бумажной основе, пропитанной эпоксидной смолой. Цвет светло-желтый или белый, полупрозрачен. Нагревостойкость 120 – 135°С.

Эпоксидный стеклотекстолит (СФ, G-10). Этот материал имеет в качестве основы стеклоткань, пропитанную эпоксидной смолой. Стеклотекстолиты имеют зеленый (зарубежные) или светло-коричневый цвет, полупрозрачны. Нагревостойкость фольгированных стеклотекстолитов 135 – 150°С. Способные работать после пребывания в условиях повышенной влажности (до 98 % при температуре 40°С).

Нагревостойкий эпоксидный стеклотекстолит (СФ-2Н-50; G-7, G-10, G-11). Этот материал предназначен для работы ПП в температурных условиях до 180°С в течение 100 ч, а также в условиях влажности (до 98 % при температуре не менее 40°С) кратковременно. Может быть непрозрачным разных цветов или полупрозрачным коричневого или темно-зеленого цвета.

Нагревостойкие огнестойкие эпоксидные стеклотекстолиты (FR). Это широкий класс нагревостойких материалов на бромированном огнестойком связующем на основе эпоксидных смол и их смесей с другими улучшающими качество компонентами. Стеклотекстолиты марки FR (или чаще FR-4) достаточно разнообразны, а квалифицированные поставщики этих материалов сопровождают поставки по условиям их применения.

Полиэфирные текстолиты. Эти материалы представлены группами. К первой группе относятся дешевые материалы из простых полиэфиров, изготовленных на основе полиэфирной ткани и полиэфирного связующего. Вторая группа – это нагревостойкие материалы на основе ароматических полиэфиров (арамидов). Третья группа состоит из нагревостойких материалов на основе цианатных полиэфиров. Разнообразные комбинации полиэфиров с другими нагревостойкими композициями, в том числе с полиимидами, создают различные материалы, отличающиеся ценой и качеством.

Полиимид и цианатный полиэфир. В некоторых случаях при пайке и травлении ПП часто возникает проблема изменения линейных размеров диэлектрического основания из-за различия температурных коэффициентов расширения (ТКР) диэлектрика и меди. В таких конструкциях должны применяться диэлектрики, имеющие такой же ТКР, как и медь. К ним относятся полиимид и цианатный полиэфир. Полиимид – это полимер, обладающий высокой нагревостойкостью (до 220°С) и морозостойкостью (до 269°С). Полиимиды характеризуются также хорошей стойкостью к органическим растворителям, маслам и кислотам, но недостаточной стойкостью к щелочам. В последнее время полиимид используется при производстве многоуровневых ПП, в конструкциях которых армирующий элемент – печатная плата с жестким основанием, на которое наслаиваются полиимидные слои. Цианатный полиэфир также отличается высокой нагревостойкостью (до 250°С) и хорошими электрическими характеристиками. Из них изготавливают платы для высокочастотных изделий и для толстых многослойных панелей. Однако цианатные полиэфиры имеют высокие цены и требуют специальных процессов изготовления печатных плат, поэтому их использование ведет к заметному удорожанию печатных плат.

При выборе материала основания ПП необходимо обратить внимание на следующее: предполагаемые механические воздействия (вибрации, удары, линейные ускорения), реализуемые электрические свойства, класс точности ПП (расстояние между проводниками), быстродействие схемы, условия эксплуатации и стоимость.

По сравнению с гетинаксами стеклотекстолиты имеют лучшие механические и электрические характеристики, более высокую нагревостойкость, меньшее влагопоглощение. Однако, у них есть ряд недостатков: невысокая нагревостойкость в сравнении с полиимидами, что способствует загрязнению смолой торцов внутренних слоев при сверлении отверстий; худшая механическая обрабатываемость; более высокая стоимость; существенное различие (примерно в 10 раз) ТКР меди и стеклотекстолита в направлении толщины материала, что может привести к разрыву металлизации в отверстиях при пайке или в процессе эксплуатации.

Для изготовления печатных плат, обеспечивающих надежную передачу наносекундных импульсов, необходимо применять материалы с улучшенными диэлектрическими свойствами (уменьшенным значением диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь). Поэтом к перспективным относятся материалы с диэлектрической проницаемостью ниже 3,5.

Печатные платы, эксплуатируемые в условиях повышенной опасности возгорания, изготавливают из огнестойких гетинаксов и стеклотекстолитов марок СОНФ, СТНФ, СФВН, СТФ, СОНФ.

Гибкие печатные кабели, выдерживающие многократные (до 150) изгибы на 90 градусов (в обе стороны от исходного положения) с радиусом 3 мм, в качестве основания имеют фольгированный лавсан и фторопласт. Материалы с толщиной фольги 5 мкм обеспечивают 4-й и 5-й классы точности печатных плат.

В табл. П.1.3 представлены материалы основания печатных плат, наиболее часто используемые в настоящее время для изготовления односторонних (ОПП) и двусторонних печатных плат (ДПП) [8].