18.5. Перспективы проектирования для техники поверхностного монтажа

Конструкторско-технологические разновидности многоуровневой коммутационной платы

Вид сечения МКП

Последовательность выполнения основных этапов технологического процесса изготовления МКП

С применением тонкопленочной технологии и неорганического диэлектрика

1 - жесткая подложка; 2 – коммутирующая дорожка; 3 – межслойная изоляция; 4 – межслойная коммутация.

Подготовка жесткого диэлектрического основания (очистка поверхности) напыление 1-го слоя металлизации фотолитография 1 по слою металлизации осаждение 1-го слоя диэлектрика (ионноплазменное или магнетронное напыление) изготовление окон в диэлектрике с помощью лазера контроль качества аналогично поочередное формирование 2-го и 3-го слоев коммутации и диэлектрика с контролем качества вакуумное напыление 4-го слоя металлизации фотолитография 4 по слою металлизации нанесение защитного слоя (фосфоросиликатного стекла – ФСС) через маску финишные операции выходной контроль качества (ВКК)

С применением тонкопленочной технологии и изоляции воздушным зазором

1 – диэлектрическое основание; 2 – коммутирующая дорожка; 3 – изолирующая прокладка.

Подготовка исходных заготовок и диэлектрических прокладок получение рисунка коммутации в фольге фотолитографией формирование переходных отверстий в заготовках вырубкой (пробивкой) штампом набор заготовок, чередующихся с изолирующими прокладками в пакет прессовка пакета (замоноличивание) контроль качества облуживание контактных площадок с заполнением припоем переходных отверстий финишные операции ВКК. При использовании сухого плёночного фоторезиста (СПФ) формирование переходных отверстий осуществляют перед проведением фотолитографии.

С применением тонкопленочной технологии и использованием сквозного анодирования

1 – жесткая подложка (основание); 2 - коммутирующая дорожка; 3 – межслойная изоляция; 4 – межслойная коммутация.

Подготовка ситалловой подложки вакуумное осаждение слоя Al фотолитография по слою фоторезиста для вскрытия мест, подлежащих сквозному анодированию анодирование в растворе электролита контроль качества полученного оксида удаление фоторезиста вакуумное осаждение следующего слоя металлизации фотолитография по слою фоторезиста для вскрытия окон, подлежащих сквозному анодированию анодное оксидирование (анодирование) в растворе электролита контроль качества удаление фоторезиста формирование следующего уровня коммутации и т.д. необходимое количество раз, в последнем слое металлизации формируются знакоместа для последующей сборки и монтажа навесных компонентов финишные операции ВКК

С применением попарного прессования

1 – диэлектрическое основание; 2 – коммутирующая дорожка; 3 – изолирующая прокладка; 4 – межслой­ная коммутация.

Подготовка поверхностей заготовок и изолирующих прокладок формиро­вание рисунка коммутации в слое фольги подготовка к формиро­ванию отверстий, подлежащих металлизации сверление отвер­стий и подготовка их к металлизации металлизация отверстий (химико-гальваническая) набор заготовок с рисунком коммутации и с изолирую­щей прокладкой между ними в пакет прессование пакета (замо­ноличивание) формирование сквозных отверстий, подлежащих ме­таллизации и их подготовка химическая металлизация отверстий и на­ружных поверхностей платы гальваническое избирательное доращива­ние меди в отверстиях и на наружных поверхностях платы избиратель­ное гальваническое нанесение барьерного слоя, например, никеля удале­ние маски травление химически осажденной меди до пробельных мест облуживание контактных площадок финишные операции ВКК

На жестком основании с металлизацией переходных отверстий

1 – диэлектрическое основание; 2 – коммутирующая дорожка; 3 – изолирующая прокладка; 4 – межслойная коммутация.

Подготовка поверхностей заготовок и изолирующих прокладок формирование переходных отверстий и подготовка к металлизации формирование рисунка коммутации в слоях фольги металлизация отверстий (химико-гальваническая) набор заготовок, чередующихся с изолирующими прокладками, в пакет замоноличивание пакета прессованием формирование сквозных отверстий, подлежащих металлизации и их подготовка химическая и избирательная гальваническая металлизация отверстий и наружных слоев платы (с формированием рисунка коммутации) гальваническое избирательное наращивание необходимых барьерных и защитных слоев травление химически осажденной меди до пробельных мест финишные операции ВКК

Вариант МККП-1

1 – диэлектрическое основание; 2 – коммутирующая дорожка; 3 – межслойный диэлектрик; 4 – межслойная коммутация.

Подготовка тестообразной массы на основе мелкодисперсного порошка Al₂O₃ для литья керамики изготовление заготовок из керамики путем литья тестообразной массы с последующим отжигом формирование коммутирующих элементов трафаретной печатью электропроводящей пасты вжигание пасты формирование изолирующего слоя трафаретной печатью диэлектрической пасты с последующей термообработкой формирование трафаретной печатью коммутирующих элементов следующего слоя коммутации с термообработкой трафаретная печать диэлектрической пасты для формирования межслойного диэлектрика с термообработкой и т.д. (менее 10 слоев коммутации) финишные операции ВКК

С применением пластмассовой подложки

1 – диэлектрическое основание; 2 – коммутирующая дорожка; 3 – изолирующая прокладка; 4 – сквозное металлизированное отверстие, заполняемое припоем.

Подготовка исходных пленочных заготовок и перфорированных прокладок формирование отверстий в заготовках двусторонним избирательным травлением вакуумное напыление (магнетронное) структуры Cr-Cu-Cr с двух сторон заготовок, в том числе и на стенках отверстий формирование рисунка коммутации в слое фоторезиста удаление защитного (верхнего) слоя Cr и просветление (подтравливание) Cu перед гальваническим осаждением (доращиванием) Cu гальваническое избирательное доращивание Cu и защитного легкоплавкого сплава Sn/Bi стравливание металлизации до пробельных мест на нерабочих участках набор заготовок, перемежающихся с изолирующими прокладками, в пакет вакуумирование пакета и вакуумная пропайка пакета финишные операции ВКК

С применением гибких полиимидных пленок

1 – диэлектрическое основание; 2 – коммутирующая дорожка; 3 – изолирующая прокладка; 4 – межслойная коммутация.

Изготовление керамических заготовок (литьем тестообразного материала сложного состава на основе Al₂O₃) и изолирующих прокладок подготовка "сырых" керамических заготовок, включая пробивку в них сквозных отверстий (например, с применением лазера) заполнение отверстий электропроводящей пастой с применением трафаретной печати формирование коммутации трафаретной печатью электропроводящих паст поочередно с двух сторон основания с термообработкой при невысокой температуре после каждого нанесения набор в пакет отдельных керамических заготовок (с металлизацией), чередуя их с изолирующими прокладками термоуплотнение пакета спекание пакета при высокой температуре (до 1700°С) финишные операции ВКК

Вариант MKKП-2

1 – жесткая подложка (основание из анодированного алюминиевого сплава); 2 – коммутирующая дорожка; 3 – межслойная изоляция (термопластик); 4 – межслойная коммутация; 6 – кристалл.

Подготовка подложки из анодированного металлического сплава (например, на основе Al), включая формирование углублений для посадки бескорпусных кристаллов создание диэлектрического слоя из термопласта металлизация подложки (вакуумное осаждение) формирование рисунка коммутации фотолитографией посадка и фиксация кристаллов в углублениях с помощью термопластичного полимера сращивание коммутации подложки с контактными площадками кристалла (напылением в вакууме) селективное нанесение слоя термопласта с получением окон для межслойной коммутации нанесение слоя металлизации, включая межслойные соединения формирование рисунка в слое металлизации селективное нанесение термопластичного материала с формированием окон для межслойной коммутации металлизация и формирование рисунка коммутации с одновременным созданием межслойных соединений (при необходимости возможно также заглубление кристаллов в 3-м либо 4-ом слое термопласта с последующим сращиванием коммутации подложки и кристаллов, если суммарная толщина термопласта составляет не менее 0,5 мм) финишные операции ВКК

С применением тонкопленочной технологии и использованием обеих сторон подложки

1 – диэлектрическое основание (жесткая подложка); 2 – коммутирующая дорожка; 3 – межслойный диэлектрик; 4 – межслойная коммутация.

Подготовка ситалловой подложки формирование отверстий в подложке магнетронное напыление металлизации (Al, Cu, Au и др.) фотолитография для получения рисунка коммутации нанесение слоя диэлектрика (органического – центрифугированием, пульверизацией и др., а неорганического – вакуумным напылением) формирование окон в слое диэлектрика (лазером, травлением) напыление металла с запылением окон для межслойной коммутации фотолитография по слою металла для формирования коммутации формирование слоя диэлектрика и т.д. (до получения 4-х слоев металлизации) наружный слой коммутации покрывают защитным покрытием, после чего формируют аналогичную структуру на обратной стороне подложки финишные операции ВКК

С применением металлического основания

1 – диэлектрическое основание; 2 – коммутирующая дорожка; 3 – межслойный диэлектрик; 4 – межслойная коммутация; 6 – кристалл.

Изготовление диэлектрического основания платы с формированием углублений (для навесных компонентов и прочих деталей) одновременно с литьем пластмассы формирование коммутации трафаретной печатью электропроводящих полимерных паст посадка кристалла и прочих деталей в углубления основания платы нанесение слоя диэлектрика полимера трафаретной печатью либо литьем пластмассы с одновременным формированием окон в диэлектрике формирование второго слоя коммутации с одновременной металлизацией окон в диэлектрике для межслойной коммутации формирование слоя диэлектрика и т.д. (до получения 6-ти слоев коммутации и нужного числа заглубленных кристаллов) формирование защитного покрытия финишные операции ВКК

С применением гетерослойного диэлектрика и компенсационного слоя

1 – диэлектрическое основание; 2 – коммутирующая дорожка; 3 – изолирующие прокладки; 4 - межслойная коммутация; 8,9 – пакет МКП соответственно на гибких полиимидных основаниях и на керамических основаниях; 10 – термокомпенсационный слой (инвар, плакированный медью с двух сторон).

Изготовление МКП по пакетной технологии на основе гибких с двухсторонней металлизацией полиимидных заготовок (в пакете 8…10 слоев коммутации) изготовление МКП по пакетной технологии на основе алюмокерамики (технология МККП-2; в пакете 8…20 слоев коммутации), подготовка термокомпенсационных слоев из инвара, плакированного с двух сторон медью, включая изготовление в этих заготовках перфорированных отверстий и контактных площадок (при необходимости) сборка в общий пакет гетерослойной структуры с термокомпенсационными слоями и с проклеенными прокладками термообработка при невысоких температурах и давлении (замоноличивание общего пакета) финишные операции ВКК

С применением полиимидных пленок и анодированного алюминиевого основания

1 – гибкое диэлектрическое основание; 2 - коммутирующая дорожка; 3 – межслойные изолирующие прокладки; 4 – сквозное металлизированное отверстие; 7 – анодированный алюминиевый сплав.

Подготовка гибких полиимидных пленок (оснований), прокладок и анодированного алюминиевого основания с формированием переходных отверстий в полиимидных пленках получение слоев металлизации с двух сторон полиимидных пленок (магнетронным напылением) создание рисунка коммутации в слое фоторезиста селективное гальваническое доращивание меди и осаждение покрытия Sn/Bi удаление фоторезиста и стравливание металла с нерабочих участков (до пробельных мест) формирование контактных площадок на поверхности анодированного основания (вакуумным напылением и фотолитографией) набор пакета (из слоев пленок с коммутацией, чередуемых с прокладками) на анодированном алюминиевом основании замоноличивание пакета вакуумной пропайкой финишные операции ВКК

С выступающими выводами

1 – диэлектрическое основание; 2 – коммутирующая дорожка из фольги; 3 – изолирующая прокладка; 4 – межслойная коммутация из полосок фольги; 5 – прижимные контактные колодки.

Нарезка заготовок диэлектрика и заготовок медной фольги перфорирование диэлектрика склеивание заготовок перфорированного диэлектрика с медной фольгой получение рисунка коммутации в фольге фотолитографией набор слоев заготовок с односторонней коммутацией, чередуемых с прокладками из стеклоткани (пропитанной эпоксифенольной смолой) прессование (склеивание) пакета при повышенной температуре и небольшом давлении отгибка выводов, выступающих в отверстиях, т.е. протягивание полосок фольги через отверстия и закрепление их на наружной поверхности с помощью контактных колодок, устанавливаемых на клею финишные операции ВКК

Рельефная плата

1 – диэлектрическое основание; 2 – коммутирующая дорожка; 3 – межслойный диэлектрик (либо перфорированная прокладка); 4 – межслойная коммутация; 6 – бескорпусной кристалл.

Подготовка подложек из термопластичного материала (полисульфона, полиэфиримида либо др.) изготовление с двух сторон подложки рельефа коммутации (с помощью штамповки, гравировки, лазерного луча либо другой технологии), включая пробивку отверстий для межслойной коммутации создание слоя металлизации (вакуумным напылением, либо по аддитивной или полуаддитивной, либо полимерной или другой технологии) с двух сторон подложки сошлифовывание слоя металлизации до выявления канавок формирование углублений для посадки в них бескорпусных кристаллов (при необходимости) сборка и монтаж кристаллов изготовление рельефа, металлизация, сошлифовывание и т.д. (с двух сторон) на аналогичной подложке набор в пакет подложек (с заглубленной коммутацией и кристаллами), чередуемых со слоем термопластика (с заполненными припойной или полимерной электропроводящей пастой переходными отверстиями) замоноличивание пакета при повышенной температуре и давлении финишные операции ВВК. Монтаж кристаллов может осуществляться сращиванием коммутации подложки и кристалла, а также с помощью проволочек,балок и других способов.