50 Основные виды печатных плат и особенности их

КОНСТУКЦИЙ

По числу проводящих слоев (ПП) одно-

двух- и многослойные.

Многослойные печатные платы (МПП) по сравнению с первыми

двумя типами обладают следующими преимуществами:

1) большей плотностью размещения печатных проводников;

2) меньшими потерями сигналов в них;

3) меньшими удельными массами и габаритами, приведенными к

одному слою.

По виду материала основы

1) изготовленные на основе органического диэлектрика (текстолит,

гетинакс, стеклотекстолит);

2) изготовленные на основе керамических материалов;

3) изготовленные на основе металлов.

По виду соединений между слоями:

1) с металлизированными отверстиями;

2) с пистонами;

3) изготовленные послойным наращиванием;

4) с открытыми контактными площадками.

По способу изготовления ПП разделяют на платы, изготовленные

1) химическим травлением;

2) электрохимическим осаждением;

3) комбинированным способом (1 и 2-й способы).

По способу нанесения проводников ПП делят на платы

1) полученные обработкой фольгированных диэлектриков;

2) полученные нанесением тонких токопроводящих слоев.

По сравнению с органическими диэлектриками керамика позволяет

улучшить теплоотвод, повысить плотность компоновки микросхем

(особенно с использованием микрокорпусов).

Недостатки:

1) большая масса;

2) небольшие наибольшие линейные размеры (ограничены

технологией - 150 х 150 мм).

Металлические ПП на основе стальных,

алюминиевых и инваровых листов.

47

Пластины окисляются и покрываются слоем керамики, эмали, лака

или другого диэлектрика. Поверх наносятся печатные проводники,

пленочные резисторы, конденсаторы, индуктивности, а затем

монтируются микросхемы (как правило, бескорпусные).

Преимущества:

1) сравнительно невысокая стоимость;

2) неограниченные размеры;

3) высокая теплопроводность;

4) лучшая помехозащищенность;

5) высокая прочность и теплостойкость.

Недостатки:

1) высокая удельная емкость проводников;

2) большая масса.

51 Толстоплёночные технологии

Для изготовления толстопленочных резисторов применяют пасты, состоящие из порошка стекла, наполнителя и органической связки. Наиболее широко используют свинцовые и цинковые боросиликатные стекла. В качестве наполнителя резистивных паст применяют серебро, палладий и их сплавы, оксиды таллия и рутения. После термообработки пасты, нанесенной на подложку, образуется резистивная стеклоэмаль. Удельное поверхностное сопро- Ступенчатая подгонка сопротивления осуществляется удалением металлических перемычек в подгоночных секциях. В конструкциях 1.4, а, б к сопротивлению основного резистора добавляют сопротивления секций с постоянным ( 1.4, а) или переменным ( 1.4, б) шагом (шаг — длина секции). В конструкции 1.4, в сопротивление дополнительной секции увеличивается при уменьшении числа шунтов. При подгонке толстопленочных резисторов разброс сопротивлений после вжигания составляет 30—40 % вследствие изменения параметров подложек в партии, по- При лужении проводников толстопленочной ГИС сопротивления резисторов изменяются на 1—2 % в зависимости от материала пасты и ее удельного сопротивления. Поэтому точная подгонка прецизионных толстопленочных резисторов должна проводиться после лужения. Для изготовления толстопленочных резисторов применяют пасты, содержащие смесь серебра и палладия. Изменяя содержание этой смеси в связующем веществе, можно получать пленки с сопротивлением слоя от 50 до 50 000 Ом/П- Это дает возможность изготавливать резисторы с сопротивлением от единиц ом до сотен килоом. Температурный коэффициент таких резисторов составляет ±(0,5—2,5)10"4град . Характеристики некоторых паст для изготовления толстопленочных резисторов приведены в табл. 12.3. У толстопленочных резисторов ширину делают не менее 300 мкм, длину — не менее 800 мкм, отношение длины к ширине — не менее 0,35; расстояние между резисторами — не менее 300 мкм. в этом случае уменьшается. А для реализации прецизионных тонкопленочных и особенно толстопленочных резисторов, требуемые номинальные значения сопротивления которых достигаются подгонкой, применяют специальные конструкции, в которых предусмотрены зоны подгонки. Расчет толстопленочных резисторов. Расчет резисторов на основе толстых пленок осуществляют аналогично расчету тонкопленочных резисторов прямоугольной формы с той разницей, что в исходных данных отсутствуют данные по точности воспроизведения Ypj,-, А/ и Ли (используется только погрешность ИЗ.ГОТОБ-ления резисторов до подгонки yR), а сам расчет геометрических размеров производят лишь с учетом конструктивно-технологических ограничений и мощности рассеяния. Поскольку в процессе производства толстопленочных резисторов трудно обеспечить приемлемую точность сопротивления резисторов без подгонки, расчет осуществляют с заведомо меньшим значением /?,-. При этом все резисторы должны иметь прямоугольную форму с 0,2^/(ф<^6. Причем допускается в одной ИМС использование различных паст, но не более трех с одной стороны платы. Вначале все резисторы группируют по номинальным значениям сопротивлений и для каждой группы определяют PS опт, по значению которого с помощью данных табл. 4.2 выбирают резистивную пасту и определяют коэффициент формы Кф. Для оптимального проектирования толстопленочных резисторов можно воспользоваться программой расчета на ЭВМ, структурная схема которой приведена на 4.5. Для получения толстопленочных резисторов применяют пасты, содержащие в качестве функциональной фазы частицы Pd и Ag2O. Сопротивление слоя толщиной 15 ... 20 мкм лежит в пределах от 50 Ом/П до 1 МОм/О в зависимости от процентного соотношения между Pd и AgjjO, его ТКС = 0,1%/° С. Для уменьшения технологического разброса до 1 ... 10 % применяют индивидуальную подгонку резисторов. Толстопленочная технология Многие технологические процессы, объединяемые сейчас названием «толстопленочная технология», продолжительное время использовались для нанесения металлизации на керамику при изготовлении катушек индуктивности, керамических конденсаторов и других высококачественных радиоэлементов. Толстопленочная технология широко применялась также при изготовлении элементов микромодулей, в частности микромодулей этажерочной конструкции. Здесь находили применение процессы нанесения пленок вжиганием из паст проводящих, резистивных и диэлектрических слоев. Конструктивно большинство СВЧ ИМС строится как толстопленочные или тонкопленочные ГИС. Ос-. новное отличие здесь состоит не в толщине пленок, поскольку толщина проводящих слоев тонкопленочных СВЧ ГИС также должна превышать толщину скин-слоя, а главным образом в технологии изготовления слоев. Толстопленочная технология не требует сложного оборудования и высокой квалификации персонала, однако разрешающая способность процесса шелкографии не превышает + 10 мкм по толщине пленок и +30 мкм по ширине проводников [34]. Неоднородность и зернистость структур проводников, получаемых из паст, а также шероховатость поверхности керамических подложек являются источниками дополнительных потерь. Тонкопленочная технология обеспечивает при фотолитографическом формировании слоев разрешающую способность +5 мкм. Последующее электролитическое наращивание толщины микрополосковых элементов обеспечивает их достаточно высокую добротность, однако разрешающая способность при этом ухудшается до + 15 мкм. Практикуется также термическое осаждение достаточно толстых проводящих слоев и прямое формирование из них методом фотолитографии микрополосковых элементов. Толстопленочная технология ... 73 Толстопленочная технология базируется на нанесении слоев различных материалов толщиной свыше 1 мкм, которые выполняют роль проводников, резисторов и диэлектриков. Для того чтобы создать рисунок ИС, используется метод шелкографии (сеткогра-фии): паста определенного состава и вязкости продавливается через сетчатый трафарет. Образовавшийся слой, повторяющий рисунок трафарета, затем сушат и вжигают для закрепления материала на плате и придания ему заданных электрофизических и механических свойств [79]. Сетчатые трафареты, используемые в толстопленочной технологии, изготовляются аналогично биметаллическим маскам ( 7.5): сетку покрывают фоторезистом, экспони- Столь же высокие результаты получены при совершенствовании конструкгорско-технологического варианта создания ячеек на основе многоуровневых керамических коммутационных плат (толстопленочная технология). Хотя тонкопленочная технология позволяет получить более высокую плотность размещения элементов на подложке и более жесткие допуски на номиналы резисторов и конденсаторов, тем не менее толстопленочная технология имеет свои преимущества: простота изготовления и малая стоимость мелкосерийных изделий, возможность создания многослойных плат, повышенная ремонтоспособность. Толстопленочным схемам присущи высокая нагрузочная способность (мощность рассеивания до 50 Вт), большая механическая прочность, повышенная влаго- и теплоустойчивость, а также бо:;ьшие уровни рабочих напряжений (до 60 В). Различные типовые технологические процессы тонкопленочной технологии (масочный, фотолитографический, комбинированный и др.) обеспечивают формирование пленочных элементов в широком диапазоне значений их параметров с достаточно высокой точностью и воспроизводимостью. Толстопленочная технология также позволяет формировать элементы с различным значением параметров. Однако точность и воспроизводимость значений параметров низкие; необходимой операцией данной технологии является подгонка элементов до требуемого значения параметров. Вид технологии определяет материал и размер платы. В свою очередь размер платы зависит от типоразмера необходимого корпуса, выбор типа которого обусловлен условиями эксплуатации. Степень интеграции гибридных ИМС, изготовляемых по тонкопленочной технологии, выше по сравнению с толстопленочными. В то же время стоимость гибридных ИМС, изготовленных по толстопленочной технологии, низкая. Толстопленочную технологию целесообразно применять при разработке ИМС, работа которых сопровождается большим выделением теплоты. на поверхность подложки через специальный трафарет. С помощью трафарета обеспечивается заданная конфигурация изготавливаемых элементов. Затем трафарет убирают, а локально нанесенную пасту высушивают и вжигают в подложку. Для толстопленочных ИС используют теплостойкие диэлектрические подложки (например, керамические). Такие ИС обладают высокой механической прочностью, имеют хорошую коррозийную устойчивость. Использование в толстопленочных ИС подложек с высокой теплопроводностью позволяет создавать мощные ИС, Толстопленочные ИС отличает низкая стоимость, для их изготовления не требуется сложное оборудование. Однако толстопленочная технология не обеспечивает высокой точности изготовления элементов, что приводит к большим отклонениям реальных значений их параметров от расчетных номинальных значений. Для толстопленочных микросхем используют керамические подложки с относительно шероховатой поверхностью (высота неровностей порядка 1 мкм). Подложка должна обладать повышенной теплопроводностью, так как толстопленочная технология характерна для мощных гибридных микросхем. Поэтому применяют высокоглиноземистые (96 % А12О3) и бериллиевые (99,5 % ВеО) керамики. Коммутационные платы, содержащие не более 2...3 слоев проводников, изготавливают методами тонко-,толстопленочной или комбинированной (их сочетанием) технологии. Тонкопленочная технология позволяет получать большую плотность проводников и более сложный их рисунок. Однако из-за малой толщины межслойной изоляции велики паразитные емкостные связи между проводниками, а малая толщина проводников ограничивает максимально допустимые токи. Кроме того, довольно большое сопротивление проводников ограничивает их допустимую длину, т. е. размеры подложки и число кристаллов полупроводниковых микросхем, которые можно на ней разместить. Толстопленочная технология свободна от этих недостатков, но имеет гораздо меньшую плотность размещения проводников. Комбинированная технология позволяет достичь компромисса. Для получения высокой плотности большую часть проводников, через которые протекают малые токи, выполняют в виде тонких пленок, а проводники, предназначенные для больших токов (например, шины питания), делают толстопленочными. Возможно также создание проводников верхнего слоя методом электролитического осаждения.