4.4. Многослойные печатные платы
Применение многослойных печатных плат (МПП) позволяет повысить плотность монтажа и уменьшить габариты печатных плат и изделий в целом.
Кроме того, появление больших интегральных микросхем и микропроцессоров с большими функциональными возможностями и большим количеством выводов не позволяют осуществить разводку схемы на двух сторонах ПП. Однако применение МПП приводит к значительному усложнению технологического процесса и повышению трудоемкости изготовления изделий по сравнению с изделиями, выполненными на двусторонних печатных платах. Применение МПП значительно снижает контролепригодность и ремонтопригодность узлов на ПП. Тем не менее, МПП находят достаточно широкое применение.
Конструкторско-технологические методы изготовления МПП могут быть подразделены на две группы: с применением операций химико-гальванической металлизации (МПП с межслойными соединениями); без применения химико-гальванической металлизации (МПП без межслойных соединений).
Метод изготовления МПП металлизацией сквозных отверстий. Этот метод наиболее перспективный, обеспечивающий изготовление печатных плат с большим (теоретически неограниченным) числом слоев. Технологический процесс изготовления МПП по этому методу заключается в том, что прессование (склеивание) всех печатных слоев платы ведется одновременно с помощью прокладочной стеклоткани, пропитанной смолой. Изготовление внутренних слоев МПП производится на одностороннем фольгированном диэлектрике химическим методом. Изготовление наружных слоев производится комбинированным позитивным методом. Межслойные соединения выполняются в виде металлизированных отверстий, обеспечивающих соединение внутренних слоев через торцы контактных площадок, образующихся в отверстиях при сверлении. Наряду с односторонним фольгированном диэлектриком может применяться и двусторонний, в этом случае на заготовках внутренних слоев могут быть выполнены соединения в виде металлизированных отверстий. При изготовлении МПП на нетравящемся диэлектрике для повышения надежности межслойных соединений производится гальваническое осаждение меди на торцы контактных площадок. С этой целью все проводники внутренних слоев печатной платы соединяются технологическими проводниками.
Технологический процесс изготовления МПП металлизацией сквозных отверстий может быть выполнен в трех вариантах:
- на травящемся диэлектрике с получением рисунка схемы наружных слоев сеткографией;
- на травящемся диэлектрике с получением рисунка схемы наружных слоев фотоспособом;
- с применением гальванического наращивания торцов контактных площадок в отверстиях.
Метод изготовления МПП попарным прессованием. Сущность метода заключается в том, что внутренние слои МПП изготавливаются на одной стороне заготовки двустороннего фольгированного диэлектрика. Между рисунком схемы внутреннего слоя и сплошным слоем фольги наружного слоя выполняются межслойные соединения в виде металлизированных отверстий комбинированным негативным методом. Полученные заготовки спрессовываются (склеиваются) при помощи прокладочной стеклоткани. Наружные слои МПП и межслойные соединения между ними в виде металлизированных отверстий выполняются комбинированным позитивным методом.
Технологический процесс обеспечивает изготовление МПП с надежными межслойными соединениями, но с малым количеством слоев (не более четырех).
Процесс обеспечивает изготовление плат, предназначенных для установки электрорадиоэлементов со штырьковыми и планарными выводами.
Метод изготовления МПП послойным наращиванием. Сущность метода заключается в последовательном напрессовывании (наклеивании) диэлектрика и выполнении схем на каждом слое МПП.
Вначале на заготовку из фольги напрессовывается слой тонкого диэлектрика, перфорированного в местах межслойных соединений. На поверхность фольги в перфорированные отверстия гальванически осаждается медь, заполняющая их на толщину диэлектрика. Затем на поверхность диэлектрика осаждается слой меди, на котором выполняется рисунок схемы внутреннего слоя.
Напрессование диэлектрика, выполнение межслойных соединений и рисунка схемы повторяются по количеству слоев. На последний слой МПП напрессовывается сплошной слой диэлектрика. На стороне платы, покрытой фольгой, используемой для контактирования всех слоев в процессе гальванического наращивания, выполняется наружный слой МПП.
Схема технологического процесса изготовления МПП методом послойного наращивания приведена на рис. 4.3.
Рис. 4.3. Схема технологического процесса изготовления МПП методом послойного наращивания
В соответствии со схемой основными этапами процесса являются:
а) изготовление заготовок стеклоткани и фольги;
б) изготовление диэлектрика прессованием стеклоткани, нанесение клея на поверхность диэлектрика, перфорирование диэлектрика;
в) напрессование 1-го слоя перфорированного диэлектрика на фольгу;
г) выполнение контактных переходов, химическое и гальваническое меднение поверхности диэлектрика;
д) получение рисунка схемы 2-го слоя МПП, травление меди с пробельных мест, удаление защитного слоя рисунка схемы (раздубливание);
е) напрессование 2-го слоя перфорированного диэлектрика;
ж) выполнение контактных переходов, химическое и гальваническое меднение поверхности;
з) получение рисунка 3-го слоя МПП, травление меди с пробельных мест, удаление защитного слоя рисунка схемы (раздубливание);
и) напрессовывание 3-го слоя перфорированного диэлектрика;
к) выполнение контактных переходов, химическое и гальваническое меднение поверхности диэлектрика;
л) получение рисунка 4-го слоя МПП, травление меди с пробельных мест, удаление защитного слоя рисунка схемы (раздубливание);
м) напрессование 4-го слоя перфорированного диэлектрика;
н) выполнение контактных переходов, химическое и гальваническое меднение поверхности диэлектрика;
о) получение рисунка 5-го слоя МПП, травления меди с пробельных мест, удаление защитного слоя рисунка схемы (раздубливание);
п) напрессование последнего слоя диэлектрика, сборка пакета;
р) получение рисунка схемы наружного слоя, нанесение защитного слоя рисунка схемы (раздубливание), травление меди с пробельных мест, осветление защитного металлического покрытия, механическая обработка МПП, маркировка, контроль, нанесение технологического защитного покрытия, упаковка.
Метод изготовления МПП с выступающими выводами. Сущность метода заключается в одновременном прессовании перфорированных заготовок печатных слоев с введенными между ними изоляционными прокладками. Межслойные соединения отсутствуют. Выступающие выводы, выполненные в виде полосок медной фольги, выходят из внутренних слоев в перфорированные окна на наружную поверхность платы и образуют контактные площадки или подпаиваются к контактным площадкам наружного слоя.
Для изготовления МПП применяется диэлектрик, пропитанный неполностью полимеризованным составом. Диэлектрик перфорируется, к нему приклеивается медная фольга и заготовка доводится до полной поляризации. Окна в диэлектрике используются для установки в них ЭРЭ. Полученная заготовка покрывается со стороны диэлектрика химически стойким лаком, который защищает фольгу во время травления. Лак удаляется после окончания процесса получения схемы. Собирается МПП из нескольких слоев в пресс-форме.
Схема технологического процесса изготовления МПП методом выступающих выводов приведена на рис. 4.4.
Рис. 4.4. Схема технологического процесса изготовления МПП методом выступающих выводов
В соответствии со схемой основными этапами процесса являются:
а) изготовление заготовок стеклоткани и фольги;
б) перфорирование стеклоткани в штампе;
в) прессование перфорированной стеклоткани с фольгой;
г) получение рисунка схемы слоев МПП на спрессованных заготовках, термическое дубление под инфракрасными лампами при температуре 70 – 900С;
д) травление меди с пробельных мест, удаление защитного слоя рисунка (раздубливание), удаление слоя лака;
е) прессование МПП;
ж) отгибка выступающих выводов на планки, приклеивание накладок к МПП, облуживание поверхности выводов, удаление флюса с поверхности платы, механическая обработка МПП, маркировка, контроль, упаковка.
Метод изготовления МПП с открытыми контактными площадками. Сущность метода заключается в одновременном прессовании печатных слоев с пробитыми отверстиями. Отверстия располагаются над контактными площадками нижних слоев МПП, что обеспечивает свободный доступ к ним. Межслойные соединения отсутствуют и выводы ЭРЭ подпаиваются непосредственно к контактным площадкам. Для обеспечения большей жесткости МПП спрессованные слои напрессовываются на жесткую подложку. Напрессовывание слоев производится как на одну, так и на обе стороны подложки.
Схема технологического процесса изготовления МПП методом открытых контактных площадок приведена на рис. 4.5.
Рис. 4.5. Схема технологического процесса изготовления МПП методом открытых контактных площадок
В соответствии со схемой основными этапами процесса являются:
а) изготовление заготовок фольгированного диэлектрика;
б) подготовка поверхности заготовок, получение рисунка схемы МПП;
в) травление меди с пробельных мест, удаление защитного слоя рисунка схемы (раздубливание), нанесение слоя клея на заготовки со стороны диэлектрика;
г) пробивка отверстий в слоях;
д) прессование слоев МПП;
е) напрессовывание заготовок МПП на диэлектрик, облуживание поверхности контактных площадок, удаление флюса с поверхности платы, механическая обработка МПП, маркировка, контроль, нанесение защитного технологического покрытия, упаковка.