книги из ГПНТБ / Федоров А.М. Основы контроля печатных схем

необходимости из схемы можно «вырезать» участок с контактами и отогнуть его под любым утлом. Компакт­ ность конструкции в сочетании с высокой плотностью то­ ка, который выдерживают проводники, предопределяет использование гибких схем как средства электрического монтажа в процессе решения задач по миниатюризации аппаратуры. Высокая прочность таких схем при знако­ переменном изгибе позволяет включать подвижные дета­ ли (части) аппаратуры непосредственно в состав схемы. Гибкий монтаж хорошо переносит и ударные нагрузки.

В ряде случаев в качестве основы печатной платы ис­ пользуются пластины из стали или алюминия [126]. Для придания требуемой формы пластина механически обра­ батывается, в ней пробиваются или просверливаются отверстия, она может быть изогнута под любым углом. Затем вся поверхность пластины (включая стенки от­ верстий) покрывается тонким (0,30—0,38 мм) слоем термореактивной эпоксидной смолы, на которую и нано­ сят позитивный рисунок металлизации.

экономичность. Подбирая металл для основы и тщатель­ но ее заземляя, можно изменять проводимость, емкость и другие электрические параметры платы.

Решающая роль в деле повышения надежности и сокращения расходов при изготовлении печатных схем принадлежит гибким кабельным разделкам и гибким плоским кабелям на печатной основе, в том числе и мно­ гослойным кабелям-жгутам, составляющим единое це­ лое с платой. В этом случае монтажные работы стано­ вятся значительно проще, так как необходимость любой подготовки проводников отпадает. Имеются в виду на­ резка по длине, зачистка изоляции, обслуживание кон­ цов, вязка жгутов и т. п.

По сравнению go стандартными круглыми кабелями гибкие плоские кабели и схемы имеют меньший вес (примерно в 10 раз) и объем (в 7 раз); мощность тока, проходящего через поперечное сечение проводника, уве­ личивается на 100%; размеры компоновки сокращаются на 60% [127].

Гибкие плоские кабели позволяют достигнуть повы­ шенной точности сборки радиоэлектронных устройств, а

264

пода графической информации (техническая документа­ ция,- рисунок печатного монтажа схемы, фотошаблоны и т. д.).

Основное преимущество методов машинного проек­ тирования перед традиционными методами — возмож­ ность создания достаточно точной математической моде­ ли проектируемого устройства. На такой модели можно осуществлять различные исследования, необходимые для получения заданных характеристик.

Достоинства математической модели перед физиче­ ским макетом в процессе разработки радиоэлектронных устройств весьма 'велики:

—• увеличивается точность и объем информации 6 характеристиках;

—сокращаются сроки выполнения исследований и снижаются затраты, связанные с их проведением;

—обеспечивается возможность иммитацни работы устройства в условиях окружающей среды, физическая реализация которых представляет значительные трудно­ сти (очень высокие и низкие температуры, ядерная ра­ диация и т. д.);

—значительно уменьшается число доработок на

этапах конструирования и испытаний опытных образ­ цов;

— повышается качество и надежность разрабатывае­ мого устройства.

Таким образом, использование современных универ­ сальных и специализированных вычислительных машин, оснащенных системами машинного проектирования (.программы анализа, синтеза оптимизации, системы оперативного взаимодействия человека с машиной, уст­ ройства автоматического изготовления технической до­ кументации, необходимой для производства и т. д.), поз­ воляет автоматизировать весь процесс проектирования. В среднем, когда используется система автоматическо­ го проектирования (САП), трудоемкость на одну плату (8—10 слоев), содержащую до 100 элементов, составля­ ет на ЭВМ типа БЭСМ-4 6—8 ч машинного времени [128]. Сравнительная трудоемкость по этапам приведе­ на в табл. 61.

Развитие технологических решений.

На сегодня основные направления поиска общих ре* шѳний в технологии печатных плат следующие;

266

1.Автоматизация непосредственного изготовления фотошаблонов высокой точности на фотостекле или фо­ топленке посредством координатографов со световым лу­ чом;

2.Применение, взамен жидкого, пленочного фоторе­ зиста, обеспечивающего более высокую разрешающую способность печатных плат и резко сокращающего опе­ рацию ретуши;

3.Использование толстослойной химической метал­ лизации, позволяющей осуществлять меднение отвер­ стий малых диаметров независимо от толщины печат­ ной платы;

4.Разработка и применение сравнительно простых в. эксплуатации кислых растворов гальванических ванн с соответствующими добавками,' повышающими рассеи­ вающую способность, взамен пирофосфатных ванн, бо­ лее сложных в эксплуатации;

. 267

5. Использование гальванического металлического резистивного защитного покрытия олово — свинец иод травитель с соответствующей обработкой поверхности плавлением в инфракрасных лучах. Благодаря этому печатные платы можно длительное время хранить на складах без консервации, при сохранении паяемостн;

6.Применение, для повышения разрешающей спо­ собности печатных плат и более точного травления, бо­ лее мягких щелочных траівителей с одновременной ре­ генерацией травителя;

7.Использование для промывки на вибрационных установках деионизированной воды и жидкости типа

8.Замена термического задубливания светочувстви­ тельной эмульсин на печатных платах в нагреватель­ ных печах на более производительное и качественное задубливание в растворе соответствующих солей;

9.Автоматизация контроля металлизации печатных плат, в том числе и в отверстиях.

Среди технологических процессов, заслуживающих внимания и суммирующих последние достижения в об­ ласти печатного монтажа, следует выделить аддитив­

в осаждении меди на нефольгированный каталитичес­ кий материал. Материал подложки содержит неболь­ шое количество катализатора, распределенного в нем

рисунок требуемых проводящих соединений. Затем пла­ та переносится в ванну с раствором, где происходит химическая металлизация. Медь, содержащаяся в растворе, выделяется только на тех участках поверхнос­ ти платы, которые были покрыты краской (рис. 73).

Можно также вначале пробить в плате отверстия,

268

/kjnoioe Шрытие

Рис. 73. Обычный (вверху) и аддитивный методы изготовления печатных плат

затем полностью покрыть ее краской и наложить маску.

мещенной в ванну, закись восстанавливается до метал­ ла, образующего затравку для его дальнейшего осажде­ ния из раствора [143].

Наиболее важным преимуществом процесса следует

осадка, можно получить проводники и расстояния меж­ ду ними шириной до 250 мкм. Ограничивающим факто­ ром в этом случае является точность печати, а не наращивания. Если сократить цикл травления меди, тогда значительно уменьшится нависание и подтрдвли-

269

ванне проводников и будет получена повышенная раз­ решающая способность рисунка.

Аддитивный процесс непрерывно совершенствуется, дополняется новыми технологическими решениями.

Многопроводный процесс. Разработан фирмой Photo Circuits (США). Вместо печатных проводников исполь­ зуется проволока в полиамидной изоляции. Чистая пла­ та покрывается слоем термореактивного клея толщиной около 0,1 мм, который служит для крепления проводов. С помощью ультразвукового устройства они закрепля­ ются на плате. При использовании проволоки диамет­ ром 0,175 мм проводники могут укладываться с рассто­ янием между осевыми линиями 0,625 мм. Пересечение проводов, поскольку они имеют электрическую изоля­ цию, производится внахлест. Для установления элек­ трического контакта провода надсверливаются, причем торец, образующийся после сверления проволоки, точно соответствует по форме краю отверстия. Далее отвер­ стия и торец проволоки подвергаются химическому мед­ нению. Необходимость в гальванических процессах от­ падает. Укладываются провода проводоукладочиой машиной по программе, составленной мини-ЭВМ. Пла­ ты, имеющие такой проволочный монтаж, выдержали испытания на воздействие климатических условий. Рассматриваемый способ заслуживает, безусловно, осо­ бого внимания.

• Процесс NT-I. Предназначен для получения высокой разрешающей способности печатных плат, герметизиро­ ванных тонкой прозрачной пленкой. Исходный мате­ риал— фольгированный диэлектрик с введенным ката­ лизатором. При изготовлении МПП используются заготовки из фольгированного каталитического диэлек­ трика и каталитические адгезионные пленки, с помощью которых слои склеиваются.

Рисунок схемы с двух сторон платы получают фото­ печатью, после чего начинается травление. Проводники могут быть получены также на нефольгированном мате­ риале путем химического осаждения меди. На плату, которая должна быть полностью защищена, методом шелкографии, погружением, вальцами и т. п. наносится прозрачная эпоксидная маска. В плате просверливаются отверстия, очищаемые химически. Затем плата погру­ жается в раствор химического меднения, при этом медь

270

осаждается на стенках отверстии и торцах контактных площадок. Эти места—-единственные открытые катали­ зированные участки платы. Медь, осаждающаяся в от­ верстиях, соединяет обе стороны платы, образуя схему.

Использование диэлектрика с катализатором дает возможность металлизировать отверстия даже малых диаметров при значительной толщине материала платы. Эпоксидная маска позволяет избежать перемычек во время пайки, является надежной электрической и меха­ нической защитой платы, предохраняет ее от влияния окружающей среды.

Керамические многослойные печатные платы. Изго­ тавливаются путем поочередного нанесения вольфрамо­ вых проводников и изоляционных слоев из окиси алю­ миния на ленту из необожженного глинозема толщиной

0,1 мм, толщина изоляционных слоев 50—-70 мкм. Этот метод устраняет необходимость прессования и специ­ альной обработки, применяемых при изготовлении' пе­ чатных плат из отдельных слоев, соединяемых через металлизированные отверстия. Кроме того, метод позво­ ляет сократить размеры плат более чем в 10 раз по сравнению с существующими образцами и дает возмож­ ность автоматизировать их производство. Стоимость материала в 10—20 раз меньше, чем для обычных тол­ стых пленок. Имеющиеся достоинства нового метода способствуют сокращению себестоимости многослойных керамических печатных плат. Предполагается, что эти платы найдут широкое применение [138].

Чтобы повысить качество и надежность печатных и многослойных плат, в отечественной практике в послед­ ние годы также внедряется целый ряд новшеств

[135—137].

Механизация, и автоматизация производства. Разви­ тие РЭА третьего поколения, выполненной на базе ИС и печатного монтажа, в том числе многослойного, в свя­ зи с pocjOM его плотности, слойности, точности, слож­ ности и трудоемкости, потребовало применения машин­ ного способа изготовления фотооригиналов и фотошаб­ лонов печатных плат, механизированного и автоматам зігрованного их производства.

?71

Развитие РЭА четвертого поколения, выполненной на базе БИСов и многослойного печатного монтажа, в связи с дальнейшим ростом микроминиатюризации ап­ паратуры, требует уже комплексного механизированно­ го выполнения, как фотошаблонов, так и технологичес­ ких процессов изготовления и контроля плат печатного монтажа, особенно многослойных.

Ручной труд, неуправляемые и неконтролируемые особенно основные технологические процессы изготов­ ления и контроля печатных плат уже не обеспечивают возрастающих требований РЭА. И не случайно, что в последнее время в отечественной и зарубежной практи­ ке в области печатного монтажа происходит усиленное развитие, с созданиеім соответствующих средств меха­ низированного выполнения технологических процессов с одновременным контролем их при помощи ЭВМ.

Главным направлением на сегодня в развитии авто­ матизации производства печатного монтажа является комплексная автоматизация всего рабочего цикла изго­ товления. Но ввиду сложности технологического про­ цесса изготовления печатных плат, -многообразия опера­ ций, различных по своей сущности, решение задач комплексной автоматизации в настоящее время пред­ ставляет значительные трудности. Однако основные операции механизированы и автоматизированы и это дает ощутимые результаты [13,40—49].

Значительный прогресс в деле совершенствования автоматизированного оборудования для печатных плат происходит все возрастающими темпами и особенно в последние годы. Многие виды оборудования выпускают­ ся изготовителями в виде линий (рис. 74), содержащих модули различной производительности |[ 144—146]) и в виде отдельных модулей [147].

Использование ЭВМ. Характерная особенность но­ вых типов оборудования для выполнения технологичес­ ких процессов, связанных с топологией рисунка печат­ ных плат,— их управление от ЭВМ і[ 148—153].

К названному оборудованию относятся сверлильные устройства, имеющие встроенную малую ЭВМ (с по­ мощью ее можно управлять группой, состоящей из не­ скольких станков, но уже не оснащенных ЭВМ) [151, 152, 154], установки со встроенной ЭВМ для автомати­ ческого изготовления фотошаблонов [155], самообучаю-

?72

Рис. 74. Модульная линия для производства печатных плат

шнеся установки, позволяющие осуществлять конечную проверку печатных плат [149], станки автоматической установки интегральных схем на печатную плату с за­ гибкой выводов [150]; автоматизированные линии хи­ мического осаждения р-исунка платы.

Использование ЭВМ позволяет расширить производ­ ственные возможности и упрощает программирование, так как в ее «памяти» можно хранить данные о типовых сочетаниях элементов печатного монтажа. При обработ­ ке повторяющихся партий печатных плат исключаются сбои, связанные с износом перфоленты и ошибками

н.ре загрязняющих газообразных, аэрозольных и жидкиЧ,

273