книги / Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры

8. Печатные платы

Таблица 8.4. Допустимые рабочие напряжения между элементами проводящего рисунка на наружных слоях ПП

Все типы ПП должны обеспечивать работоспособность при воздейст­ вии на них климатических факторов одной из следующих групп жесткости (табл. 8.5).

Таблица 8.5. Допустимые значения воздействующего фактора по группам жесткости

302

8.2. Материал печатных плат

Контактные площадки ПГТ с металлизированными отверстиями долж­ ны выдерживать не менее 4 (МПП — 3) циклов перепаек; без металлизиро­ ванных отверстий — не менее 3 (МПП — 2) перепаек.

8.2.Материал печатных плат

Вкачестве основания печатных плат используют фольгированные и нефольгированные диэлектрики (гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, стеклоткань, лавсан, полиимид, фторопласт и др.), керамические материалы

иметаллические пластины. При выборе материала основания ПП необхо­ димо обратить внимание на следующее: предполагаемые механические воз­ действия (вибрации, удары, линейное ускорение и т. п.); класс точности ПП (расстояние между проводниками); реализуемые электрические функции; быстродействие; условия эксплуатации; стоимость.

Втабл. 8.6, 8.7 и 8.8 представлены материалы основания ПП, наибо­ лее часто используемые в настоящее время для изготовления ОПП, ДПП, МПП, ГПП и ГПК.

По сравнению с гетинаксами стеклотекстолиты имеют лучшие механи­ ческие и электрические характеристики, более высокую нагревостойкость, меньшее влагопоглощение. Однако у них есть ряд недостатков: невысокая нагревостойкость по сравнению с полиимидами, что способствует загрязне­ нию смолой торцов внутренних слоев при сверлении отверстий; худшая ме­ ханическая обрабатываемость; более высокая стоимость; существенное раз­ личие (примерно в 10 раз) коэффициента теплового расширения меди и стек­ лотекстолита в направлении толщины материала, что может привести к разрыву металлизации в отверстиях при пайке или в процессе эксплуатации.

Для изготовления ПП, обеспечивающих надежную передачу наносекундных импульсов, необходимо применять материалы с улучшен­ ными диэлектрическими свойствами (уменьшенным значением диэлек­ трической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь). Поэтому к перспективным относится применение оснований ПП из ор­ ганических материалов с относительной диэлектрической проницаемо­ стью ниже 3,5.

Для изготовления ПП, эксплуатируемых в условиях повышенной опасности возгорания, применяют огнестойкие гетинаксы и стеклотекстоли­ ты марок СОНФ, СТНФ, СФВН, СТФ, СОНФ-у.

Для изготовления ГПК, выдерживающих многократные (до 150) изги­

бы на 90° (в обе стороны от исходного положения) с радиусом 3 мм, приме­ няют фольгированный лавсан и фторопласт. Материалы с толщиной фольги 5 мкм позволяют изготовить ПП 4-го и 5-го классов точности.

303

8. Печатные платы

Таблица 8.6. Материалы ОПП и ДПП

304

8.2. Материал печатных mam

Таблица 8.7. Материалы МПП

В производстве ПП широко используют отечественные и импортные материалы. Прежде чем останавливать свой выбор на том или ином мате­ риале, следует иметь в виду, что:

при использовании недорогих отечественных стеклотекстолитов при ширине проводников и зазоров между ними менее 0,3 мм большой процент ПП уйдет в брак, что, естественно, увеличит стоимость ПП и приблизит к стоимости ПП на импортных материалах;

305

8. Печатные платы

Таблица 8.8. Материалы ГПП и ГПК

при изготовлении ДПП отечественные материалы целесообразно при­ менять, если нет повышенных требований по климатическим воздействиям и частотным характеристикам;

если стоимость модуля 1-го уровня (ячейки) превышает стоимость ПП примерно в 10 раз, желательно использовать импортные материалы;

подготовка производства ПП на импортных материалах в 2— 2,4 раза дороже чем на отечественных, а изготовление 1 дм2 — в 1,8— 2,2 раза и за­ висит от объема заказа в дм2 или типа производства и наличия-отсутствия защитной паяльной маски;

применение защитных паяльных масок увеличивает стоимость ПП на отечественных материалах примерно на 30...35 %, а на импортных — на 5 %.

Из зарубежных материалов отметим следующие:

стеклотекстолит фольгированный марки Duraver-E-Cu (FR-4, FR-2, СЕМ-1 и др.) фирм «Isola AG» (Германия), «МС Electronic» (Австрия) одно­ сторонний и двусторонний; размер листа 1070x1225мм; толщина листа от 0,05 до 1,5 мм; толщина фольги — 18; 35; 50; 70 и 105 мкм; огнестойкий;

стеклотефлоновые материалы Duroid «Rogers», TL «Taconics», Ultralam «Arlon» и др.;

материалы электроизоляционные фольгированные и нефольгированные завода «Молдавизолит» (Молдавия):

МИ 1222 (односторонний) и МИ 2222 (двусторонний); размер листа 1020x1220 мм; толщина листа от 0,8 до 3,2 мм; толщина фольги — 18; 35; 50; 70 и 105 мкм; (тип FR-4); огнестойкий;

306

8.3. Изготовление оригиналов и фотошаблонов

МИ 1222.8 и МИ 2222.8; толщина листа от 0,06 до 0,8 мм (тип FR-4), огнестойкий;

МИ 1112А, МИ 1112В, МИ 2112А и МИ2112В (тип FR-2), огне­ стойкий; МИ 1272 и 2272 (тип СЕМ -1),огнестойкий;

Прокладка склеивающая нормированной горючести марки ТирасЛам МИ 6222 (тип В).

Все материалы завода «Молдавизолит» сертифицированы на безопас­ ность потребителя и окружающей среды в системе сертификации «Under­ writers Laboratories» (UL) США и Госстандарта Российской Федерации.

8.3. Изготовление оригиналов и фотошаблонов

Оригиналы и фотошаблоны являются важнейшим инструментом при изготовлении печатного рисунка всех типов плат. Оригиналом рисунка ПП называют изображение рисунка ПП, выполненное с необходимой точностью в заданном масштабе. Фотошаблоном (ФШ) рисунка ПП называют пласти­ ну (из стекла или полимера) с прозрачными и непрозрачными для оптиче­ ского излучения участками. Фотошаблон — основной инструмент для полу­ чения рисунка на поверхности печатной платы или отдельного ее слоя. Пример фотошаблона приведен на рис. 8.7.

Комплектом фотошаблонов называют то количество фотошаблонов, совмещающихся между собой, которое необходимо и достаточно для изго­ товления ПП определенного типа и наименования.

Оригинал рисунка ПП служит исходным документом для получения

эталонных и рабочих (фотошаблонов,

307

8. Печатные платы

А + 20 для ФШ М ( А + 20) ш1я оригинала

тА / 2+10 для ФШ

2

6 1L ?

_

Рис. 8.8. Схема расположения контрольных знаков:

А, В— размеры сторон ПП; М—масштаб оригинала ПП; 7,8—контрольные знаки в виде линии шириной 0,2 мм

является операция размещения контрольных знаков. Контрольный знак — спе­ циальный топологический элемент в виде штриха, щели, креста и пр., служащий для контроля точности изготовления оригиналов и фотошаблонов и применяе­ мый для совмещения фотошаблонов слоев двусторонних и многослойных ПП, а также при выполнении операции мультипликации. Пример схемы расположения контрольных знаков на оригиналах (О) и фотошаблонах ПП приведен на рис. 8.8.

Контрольные знаки в виде креста 1, 3, 5 предназначены для контроля точности изготовления оригинала и ФШ и для совмещения ФШ с ПП; кре­ сты 2 ,4 ,6 — для установки эталонного ФШ в процессе изготовления груп­ пового ФШ ПП на фотографической пластине с фиксирующими отверстиями.

При изготовлении рабочих ФШ необходимо, чтобы размеры элемен­ тов топологии ФШ и расстояния между ними соответствовали требованиям КД на ПП с учетом технологических допусков на изготовление ПП. Пре­ дельные отклонения размеров элементов топологии ФШ в зависимости от класса точности ПП приведены в табл. 8.9.

Таблица 8.9. Предельные отклонения размеров элементов топологии ФШ

308

8.3. Изготовление оригиналов и фотошаблонов

Рис. 8.9. Несовпадение центров контактных площадок фотошаблонов

Качество совмещения комплекта ФШ определяют величиной несовмещения по контактным площадкам:

S =

где 5, Mh Di см. рис. 8.9.

Для ПП всех классов точности несовмещение § не должно превышать следующих значений:

Таблица 8.10. Значения несовмещений по контактным площадкам

Ширину технологического поля, расположенного по контуру рабочей зоны рабочего ФШ, обычно выбирают в пределах 30 мм.

Оригиналы ПП ранее изготавливали вручную методом аппликации печатных элементов на основание оригинала; на фотокоординатографах; методом вырезания по контуру пленки, нанесенной на стеклянное основа­ ние, методом вырезания и гравирования линий на пленке, покрытой эмалью, и методом вычерчивания на бумаге пишущим инструментом с тушью или чернилами. Масштаб оригинала может быть 1:1, 5:1, 10:1. После изготовле­ ния и контроля оригинал помещали в установку экспонирования, где с него контактным или проекционным методом получали скрытое изображение топологии ПП.

309

8.Печатные платы

Вкачестве фотоматериалов применяют фотографические пластинки; фототехнические пленки; диазоматериалы (диазопластинки и диазопленки), чувствительные к ультрафиолетовому излучению; бессеребряные светочув­ ствительные материалы. Время экспонирования выбирают опытным путем в зависимости от светочувствительности фотоматериала, освещенности ис­ точника светового излучения, спектральной чувствительности диазоматериапов, спектра источника излучения.

Для получения группового фотошаблона, на котором выполняют ри­ сунок топологии двух и более ПП, применяют операцию мультиплицирова­ ния — повторение экспонирования рисунка оригинала на всей поверхности фотоматериала.

После экспонирования и мультиплицирования осуществляется хими­ ко-фотографическая обработка фотоматериала, контроль полученного фо­ тошаблона, ретуширование — удаление дефектов.

Широко распространен метод получения фотошаблонов на лазерных растровых генераторах изображений (фотоплотгерах) сканированием лазер­ ного пятна по поверхности пленок или стеклянных пластин и испарением маскирующего покрытия или засветки фотоматериала в соответствии с ри­ сунком ПП. Программу перемещения лазерного пятна получают при проек­ тировании (трассировке) ПП по программе. В фотоплоттере имеется биб­ лиотека часто повторяющихся в топологических чертежах элементов и узлов, использование которых значительно облегчает изготовление фото­ шаблонов. Лазерная система фотоплоттера, содержащая лазер, акустооптический генератор, многогранную призму и фокусирующий объектив, фор­ мирует лазерное пятно постоянного размера, которое сканирует по рабоче­ му полю заготовки.

При изготовлении крупноформатных шаблонов ПП на стеклах с мас­ кирующим покрытием методом лазерного гравирования погрешность вза­ имного расположения рисунка составляет ±0,01 мм, точность позициониро­ вания — ±0,005 мм, точность повторного позиционирования — ±0,002 мм, неровность края изображения — ±0,01 мм, погрешность воспроизведения размеров элементов изображения — ±0,015 мм, погрешность расположения элементов относительно базового отверстия — ±0,015 мм.

Формирование растрового изображения рисунка (оригинала) в фо­ топлоттере вне зависимости от сложности рисунка происходит с высо­ кой скоростью в течение нескольких минут. Тиражирование ФШ прово­ дится без использования методов контактной печати с высокой точно­ стью. Работа фотоплоттеров поддерживается входными и выходными форматами Gerber; PLT (САПР PCAD); BRD (САПР МПП); Autocad. Это позволяет:

310

8.4. Технологические процессы изготовления печатных плат

получать фотошаблоны и программы сверления, представленные в различных форматах;

получать фотошаблоны и программы сверления с цифрового планшета; просматривать и редактировать ФШ и программы сверления; создавать панели (групповые заготовки на основе контура ПП одно­

временно для всех слоев с использованием мультипликации, слияния, сдви­ га, поворота, зеркала, масштабирования и пр.);

автоматически генерировать по ФШ программы сверления; выводить оптимизированные ФШ и программы сверления в различ­

ных выходных форматах; делать бумажные копии ФШ и программ сверления;

подсчитывать площадь металлизации, число контактных площадок проводников, отверстий, длину проводников и пр.

Время изготовления ФШ, например, размером 550x550 мм с мини­ мальной толщиной линии 0,15 мм и неровностью края экспонируемого эле­ мента ±10 мкм составляет 5...6 мин.

Изготовленные фотошаблоны используют для получения рисунков топологии ПП контактной печатью. Количество полученных отпечатков для различных типов фотошаблонов различно: для эмульсионных ФШ — 50 операций контактной печати; для диазотипных ФШ — 100 операций кон­ тактной печати; для эмульсионных стеклянных ФШ с фиксирующими от­ верстиями с защитной пленкой при однократном нанесении — 300 операций контактной печати.

8.4. Технологические процессы изготовления печатных плат

Для изготовления элементов проводящего рисунка ПП применяются две технологии: субтрактивная и аддитивная (рис. 8.10). Субтрактивный процесс — получение проводящих рисунков путем избирательного травле­ ния участков фольги с пробельных мест. Аддитивный процесс — получение проводящего рисунка путем избирательного осаждения проводникового ма­ териала на нефольгированный материал основания.

Односторонние печатные платы (ОПП), отличающиеся простотой и низкой стоимостью изготовления, изготавливаются по 1-, 2- и 3-му классам точности. Технологическое ограничение ширины проводников в таких пла­ тах составляет 0,25 мм, отверстий — 0,8 мм. Основными технологическими процессами изготовления таких плат являются химический негативный (табл. 8.11) и химический позитивный (табл. 8.12).

311