3 Печатные платы, их характеристики. Методы изготовления печатных плат.

Особенностью печатного электрического монтажа является нанесение на изоляционное основание металлизированного слоя, эквивалентного обычному монтажному проводнику. Крепление проводников на плате осуществляется за счет механического сцепления металла с изоляционным основанием.

Современная РЭА базируется на печатных платах (ПП). Под этим общим названием имеются ввиду односторонние ПП (ОПП), двусторонние ПП (ДПП), многослойные ПП (МПП) и гибкие платы, а также гибкие печатные кабели (ГПК) и шлейфы (ГПШ) (см. схему классификации).

В настоящее время известно около 200 методов изготовления ПП, которые условно можно разделить на четыре группы.

Методы изготовления печатных плат отличаются способом образования проводникового слоя и процессом нанесения рисунка проводников на печатную плату.

ОПП  используются в телерадиоаппаратуре, в приборах различного назначения, в системах управления станками и линиями. Изготавливаются ОПП сеточно-химическим и гальвано химическим методами с использованием гетинаксов и (в отдельных случаях) стеклотекстолитов, облицованных с одной стороны медной фольгой.

Проводящий рисунок схемы платы формируется с помощью краски с последующим травлением с пробельных участков. Этот метод позволяет полностью автоматизировать процесс изготовления и получать печатные платы с разрешающей способностью до 10 линий на 1 см.

ДПП изготавливают комбинированными способами: позитивным или негативным. ДПП используются в аппаратуре и системах приемопередающих устройств, устройствах приема и передачи информации, ЭВМ, приборах специального назначения и т.п. В зависимости от требований к массогабаритным характеристикам, к условиям эксплуатации (по группам жесткости), от назначения и применяемой элементной базы платы классифицируются по пяти классам точности.

По плотности проводящего рисунка и точности изготовления ГОСТ 23751 – 86 устанавливает пять классов точности для ПП и ГПК. Область применения классов точности по ГОСТ.

Для изготовления плат определенного класса и назначения используются:

1, 2 классы – для печатных плат с дискретными ЭРЭ при малой и средней насыщенности поверхности ПП навесными изделиями.

3 класс – для печатных плат с ИС и МСБ, имеющими штыревые и планарные выводы, а также с безвыводными ЭРЭ при средней и высокой насыщенности поверхности печатных плат навесными изделиями.

4 класс - для печатных плат с ИС и МСБ, имеющими штыревые и планарные выводы, а также с безвыводными ЭРЭ при высокой насыщенности поверхности печатных плат навесными изделиями.

5 класс - для печатных плат с ИС и МСБ, имеющими штыревые и планарные выводы, а также с безвыводными ЭРЭ при очень высокой насыщенности поверхности печатных плат навесными изделиями.

На одной плате могут располагаться элементы проводящего рисунка разных классов. В этом случае печатная плата относится к более высокому классу. Для изготовления печатных плат используются соответствующие диэлектрики (СФ, СТФ, СТНФ, СТАП, СТПА-5, ФФ-4, ФЛАН, ПФ, ЛФ), специальное технологическое оборудование и линии.

Основная масса ДПП изготавливается по базовой технологии, которая в настоящий момент является наиболее передовой и короткой по циклу.

Специфические особенности некоторой аппаратуры требуют применения особых ПП. К ним относятся например платы узлов СЧ и СВЧ. Особенностью таких плат является большая площадь, занимаемая экранами, а также использование в качестве основания диэлектриков с характеристиками, значительно лучшими, чем у стеклотекстолитов. Для плат СВЧ - узлов опробовались фольгированные диэлектрики ФЛАН-2,8,10, ФФ-4 (фторопласт фольгированный).

ФЛАН  хорошо обрабатывается резаньем, но не выдерживает ударных операций (штамповка). Основной недостаток фольгированных фторопластов (ФФ-4)  невозможность металлизации отверстий.

Печатные платы узлов ВЧ и СВЧ, в которых можно применять стеклотекстолиты (не ухудшая частотных параметров) изготавливаются металлизацией торцов, пазов и различных фигурных отверстий, что позволяет избежать корпусированея таких узлов. Такая технология успешно применяется и достаточно хорошо отработана.

В целях уменьшения объемов и массы аппаратуры, а также технологии проводов используются ГПК, которые изготавливаются на фольгированном лавсане ЛФ или фольгированном материале марок ПФ-1, ПФ-2

В малогабаритной аппаратуре возможно использование гибких печатных плат, которые изготавливаются на материале ПФ-1, ПФ-2. Технология изготовления таких плат аналогична изготовлению ДПП базовым методом, но требует применения специальных приспособлений и более высокой культуры производства.

В системах передач и обработки информации, достаточно широко используются МПП, к достоинствам которых относится и компактность, высокая плотность проводящего рисунка схемы, возможность сокращения общей длинны соединительных проводников и числа контактов, снижение издержек на этапах проектирования и производства.

Существует несколько десятков методов изготовления МПП, в том числе метод соединения пистонов "встык", метод гальванического наращивания контактных столбиков, метод наращивания торцов, метод попарного прессования, метод металлизации сквозных отверстий и др. Наибольшее применение нашел метод металлизации сквозных отверстий, который нормативно - технической документацией определен базовым.

В технологии производства МПП используется оборудование, применяемое при изготовлении ДПП, а также специальное прессовое оборудование  для склеивания слоев. Отечественная промышленность такое оборудование серийно не выпускало, что каким-то образом ограничивало использование МПП в аппаратуре. Другой причиной является отсутствие средств контроля электрических цепей МПП с шагом координатной сетки менее 2.5 мм. Развитие производства специальных прессов для прессования МПП и установок автоматического контроля электрических параметров позволили значительно расширить применение МПП.

В настоящее время освоен выпуск экологически более чистых фольгированных диэлектриков для изготовления МПП. МПП  это фольгированный стеклотекстолит марок СТАП-1 и ТСАП-2 и прокладочная стеклоткань СТАП-СТП.

Снижению малогабаритных характеристик аппаратуры и экономии фольгированных диэлектриков может способствовать изготовление "рельефных печатных плат" на нефольгилерованных диэлектриках по полуаддитивной технологии получения проводящего рисунка схемы, включая металлизацию отверстий. Для реализации такой технологии требуются станки с ЧПУ и специальный рисующий инструмент, используемый для фрезерования дорожек, а твердо сплавные спиральные сверла малого диаметра (0,1...0,3 мм.), которые в настоящее время выпускаются в недостаточных количествах, необходимы также диэлектрики, выпуск которых ограничен.

Перспективным, с точки зрения получения малогабаритных изделий, является изготовление ПП с помощью РИТМ  технологии. Эта технология качественно отличается от традиционных технологий, базирующихся на применении диэлектриков в качестве оснований плат. Для платы изготовленной по ритм  процессу, характерно использование в качестве исходного материала различных металлов (сталь, инвар, ковав, латунь). РИТМ  плата превосходит ДПП по уровню интеграции микросхемной коммуникации и приближается к гибридным микросборкам. В отдельных случаях РИТМ  плата может заменить МПП в изделии. Вместе с тем широкого применения РИТМ  процесс не получил. Дефицитными являются необходимые для него жидкий фоторезист, позволяющий получить проводники и зазоры шириной (50...100 мкм.), металлизированные фотошаблоны на стекле, химические вещества для получения металлорезиста (сульфаминовокислый никель и др.), а также оборудование для склеивания (прессования)подложки с формируемым рисунком схемы с основанием (аналогично оборудованию для прессования МПП).

Достоинством РИТМ  процесса является возможность изготовления плат групповым методом рулонной технологии, когда через оборудование, осуществляющее операции и переходы РИТМ  процесса, непрерывно пропускается рулон металлической ленты. При этом достигается высокий уровень автоматизации процесса производства плат. РИТМ  технология перспективна для серийного выпуска узлов РЭА.

Осваиваемая в последние годы технология поверхностного монтажа (ТМП) позволяет значительно повысить плотность монтажа и выпускать аппаратуру с большим быстродействием, высоким качеством передачи сигнала и вместе с тем малых габаритов и массы. В настоящее время изготовление плат для узлов ТМП производится на стеклотекстолитах марок СТФ и СТПА-5.

Изготавливают ДПП методом проводного монтажа. Такие платы используются в аппаратуре стоек управления. Технология проводного монтажа заключается а следующем:

• ПП изготавливается базовым методом;

• с помощью автомата "Курс" выполняется проводной монтаж путем прокладки на одной стороне платы отрезков изолированного медного провода ( 0,1 мм.) и присоединение их к КП (автомат "Аракс" метод стежкового монтажа проводом типа ПЭВ, по двум сторонам платы, с помощью пустотелой иглы).

• с помощью специального мастера производится проверка электрических цепей с последующей распечаткой ошибок.

Этот метод позволяет изготавливать ПП с высокой плотностью компоновки ИС (до 50 ИС с 14 выводами на 1 дм²).

В квазиэлектронных автоматических телефонных станциях и самолетной коммуникации используются платы, изготовленные методом "тканного монтажа". Платы представляют собой многослойную ткань пронизанную электропроводящими нитями, которые создают поле из изоляционных нитей и луженых медных проводников с выделенными петлями и прямолинейными выводами на краях платы для присоединения РЭИ с круглыми выводами и штепсельными ручками. Платы, изготовленные методом "тканного монтажа", базируются на применении модернизированного лентоткацкого станка. Производство этим методом дешевле в 5-6 раз производства ПП обычным способом.

Недостатки таких плат  ограниченность применяемой элементной базы (ЭРИ только с круглыми лужеными выводами) дефицитность медного провода и отсутствие специальных ткацких станков.

Подводя итог, можно констатировать. Что изготовление ОПП, ДПП, МПП, ГПК, ГПП производится в основном прогрессивными методами. Перспективными представляются:

• технология формирования проводящего рисунка платы с помощью токопроводящих паст на фольгированном диэлектрике.

• "беспалладиавая металлизация" позволяющая отказаться от применения драгоценного металла палладия и ряда других реактивов входящих в состав раствора химического меднения.

• технология металлизации с помощью магнетронного напыления (в замен драгоценного химического меднения).

• аддитивная и фотоселективная технологии позволяющие получить платы на нефольгированных диэлектриках без использования дорогостоящих дефицитных материалов и реактивов.

Субтрактивные методы  недостатки  от 60 до 90% медной фольги стравливается в процессе изготовления, подтравливание проводников не позволяет получить высокую плотность монтажа, высокая себестоимость изделий, возможно загрязнение окружающей среды.

Аддитивные способы  позволяют исключить использование фольгированных материалов и изготавливать ПП избирательным осаждением металла на диэлектрической подложке. Позволяют увеличить насыщенность проводниками до 60-80%, повышение прецизионности за счет уменьшения ширины проводников и зазоров до 0,06 мм. И увеличить точность проводников до 1...10мкм., а также получить увеличение до 3-х и более количества проводников, проходящими между двумя отверстьями в шаге 2,5. Аддитивные методы исключают операции травления меди с пробельных мест с последующей регенерации растворов.

Гетинакс – слоистый материал из нескольких слоев бумаги, пропитанной фенолформальдегидной крезолформальдегидной смолой или их смесью обладает высокой электрической прочностью и стабильностью диэлектрических свойств. Хорошо поддается механической обработке, распиловке, сверлению, точению, фрезерованию. Используется как электроизоляционный материал для печатных плат изготавливаемых гальваническим способом.

Стеклотекстолит – это слоистый пластик, состоящий из стеклоткани, пропитанной модифицированной фенолформальдегидной смолой. Листовой стеклотекстолит поддается всем видам металлической обработки а также склеиванию.

Для придания ПП большей механической прочности и для устранения влияния влаги используют защитные покрытия, чаще всего используются лаки на основе алкидных смол или на основе быстросохнущих фенольных смол. Эти лаки быстро высыхают на воздухе и хорошо совместимы с канифольными флюсами.