Реферат - Технология изготовления печатных плат - файл n1.docx

Реферат - Технология изготовления печатных плат
скачать (272.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.docx273kb.01.06.2012 08:31скачать

n1.docx

Технологии изготовления печатных плат
Основные технологии изготовления печатных плат:

· Субтрактивная технология

· Аддитивная технология

· Тентинг метод

· Комбинированный позитивный метод

· Технология формирования слоев методом ПАФОС

· Метод оконтуривания

· Рельефные платы

Рассмотрим более подробно некоторые из них.




1.1. Субтрактивная технология

Субтрактивная технология предусматривает травление медной фольги на поверхности диэлектрика по защитному изображению в фоторезисте или металлорезисте. Эта технология широко применяется при изготовлении односторонних и двусторонних слоев МПП.

Вариант этого процесса применительно к платам с уже металлизированными отверстиями называется тентинг-процессом и показан на рисунке. Пленочный фоторезист создает не только маскирующее покрытие на проводниках схемы, но и защитные завески над металлизированными отверстиями, предохраняющие их от воздействия травящего раствора.

В случае, если проявление и травление ведется струйными методами с повышенным давлением, толщина фоторезиста должна быть не менее 45-50 мкм. Для надежного тентинга диаметр контактной площадки должен в 1,4 раза превышать диаметр отверстия, а минимальный гарантийный поясок контактной площадки быть не менее 0, 1 мм.

Субтрактивный процесс с использованием металлорезиста позволяет получить платы с металлизированными переходами и проводниками шириной менее 125 мкм при их толщине до 50 мкм.

В отличие от предыдущего варианта, фоторезистивную защитную маску получают над теми местами фольги, которые необходимо удалить. Затем последовательно осаждают медь (20-40 мкм) и металлорезист (олово-свинец 9-12 мкм) на освобожденные от пленочного резиста участки платы и на стенки отверстий. После удаления фоторезиста незащищенные слои меди вытравливаются, после этого металлорезист удаляют.

1.2. Аддитивная технология

Аддитивные процессы позволяют уменьшить ширину проводников и зазоров до 50-100 мкм при толщине проводников 30-50 мкм. Один из перспективных вариантов реализации такого процесса с использованием электрохимического осаждения металлов (ПАФОС) показан на рисунке. От субтрактивных процессов этот метод принципиально отличается тем, что металл проводников не вытравливают, а наносят. Проводящий рисунок создается на временных "носителях" - листах из нержавеющей стали, поверхность которых предварительное покрывается гальванически осажденной медной шиной толщиной 2-5 мкм. На этих листах формируется защитный рельеф пленочного фоторезиста. Проводники получают гальваническим осаждением тонкого слоя никеля (2-3 мкм) и меди (30-50 мкм) во вскрытые в фоторезисте рельефы. Затем пленочный фоторезист удаляют и проводящий рисунок на всю толщину впрессовывают в диэлектрик. Прессованный слой вместе с медной шиной механически отделяют от поверхности временных носителей. В слоях без межслойных переходов медная шина стравливается.



При изготовлении двухсторонних слоев с межслойными переходами перед травлением тонкой медной шины создают межслойные переходы посредством металлизации отверстий с контактными площадками (рис. 3). Проводящий рисунок, утопленный в диэлектрик и сверху защищенный слоем никеля, не подвергается травлению при удалении медной шины. Поэтому форма, размеры и точность проводящего рисунка определяется рисунком рельефа в пленочном фоторезисте, то есть процессами фотолитографии.

Дальнейшее повышение плотности монтажа методом ПАФОС и уменьшение ширины проводников до 50 мкм и менее возможно при использовании лазерных методов формирования рисунка непосредственно в диэлектрике. Наиболее подходят для этого углекислотные лазеры, лучи которых могут быть сфокусированы до 35-40 мкм.

Отметим в заключение, что метод ПАФОС, основанный на прецизионной фотолитографии и лазерном экспонировании является ярким примером того, как на новом витке развития производства оказалась востребованной "древняя" технология изготовления ПП методом переноса [3]. Ведь при описании разновидности этого метода, основанной на общепринятой 30 лет назад трафаретной печати, уничижительно отмечалось, что " .она еще находит применение в промышленности".

1.3. Комбинированный позитивный метод

1.Изготовление фотошаблонов и подготовка информации

а) подготовка информации

1. Разработка принципиальной схемы устройства. 2. Трассировка (Программные продукты: Pcad, Orcad, Accel Eda и др. Форматы файлов Pcad, Dxf, Gerber ). На этом этапе принципиальная электрическая схема преобразуется в схему разводки слоев. Очень важно при автоматической разводке правильно выбрать технологические параметры платы (допустимые зазоры, количество слоев, ширина поясков между отверстиями и контактными площадками. 3. Доработка файлов. Вывод файлов сверления и фрезерования.(Программные продукты: CАМ 350, Instant САМ, Circuit САМ). Последний этап имеет большое значение, т.к. ошибки на этом этапе приведут к браку во всей партии. Правильная оптимизация данных, рисунка и положения элементов платы.

б) изготовление фотошаблонов

На этом этапе производится изготовление фотошаблонов, которые затем используются для формирования топологического рисунка внутренних и внешних слоев печатной платы при экспонировании. Различают позитивные и негативные фотошаблоны. С точки зрения обеспечения совмещаемости слоев этот этап является одним из основных, т.к. если фотошаблоны будут иметь погрешности, это отразится на всей партии деталей. Очень важно контролировать совмещаемость фотошаблонов друг с другом и проводить контрольный замер фотошаблонов.

2.Резка заготовок

Листы стеклотекстолита нарезаются на заготовки. Очень важно правильно выбрать размеры заготовок, т.к. от этого зависит коэффициент использования материала. Обычно размер заготовок выбирается кратным листу стеклотекстолита (914,4x1220 мм). Резка заготовок может производится на гильотинных ножницах(ручных или автоматических) или на роликовых ножницах. На Рис. 1.2.3, а показана заготовка внутреннего слоя многослойной печатной платы. Диэлектрический материал, например текстолит, ламинированный медной фольгой.

3. Изготовление базовых отверстий

На этом этапе в заготовке изготавливается набор базовых отверстий. Тип и размер этих отверстий зависит от выбранной системы базирования(см. раздел системы базирования). Обычно базовые отверстия круглой формы выполняются сверлением, а овальной - вырубкой. Обеспечение максимальной точности изготовления базовых отверстий на этом этапе обеспечит нормальную совмещаемость слоев и отверстий на последующих этапах.

4. Ламинирование

Следующий этап - нанесение пластичного фоточувствительного материала на заготовку .Заготовка очищается и приготавливается к нанесению фоторезиста. Этот этап проходит в чистой комнате с желтым освещением. Резист светочувствителен (обычно к ультрафиолету) и при долгом не использовании разрушается.



5. Экспонирование

а) размещение фотошаблона

На заготовке размещается фотошаблон. На рисунке изображена только его малая часть. Круг, часть которого изображена, в последствии будет соединением с внутренним слоем. Изображение на фотошаблоне негативное по отношению к будущей схеме. Под темными участками фотошаблона медь не будет удалена. Этот этап является наиболее ответственным с точки зрения обеспечения совмещения. При использовании систем базирования точность совмещения определяется точностью изготовления базовых отверстий в заготовках и фотошаблоне, типа системы базирования. В случае ручного совмещения точность зависит от квалификации и усталости оператора. Наиболее точной системой совмещения является автоматическая оптическая система совмещения - система анализирует расположение реперных знаков и выбирает оптимальное положение фотошаблона.

б) экспонирование фоторезиста

Участки поверхности незащищенные фотошаблоном засвечиваются. Фотошаблон снимается. После этого засвеченные участки могут быть удалены химически .



6. Химическая обработка

Эти операции производятся в установках химической обработки. Существует несколько типов установок: струйные, погружные. Существуют установки конвейерного типа и с ручной загрузкой. Эти этапы оказывают косвенное влияние на совмещаемость, однако на этих этапах возможно появление большого числа других погрешностей (проколы, подтравы и др.).

а) проявление

Засвеченные участки фоторезиста удаляются ,оставляя фоторезист только в тех областях, где будут проходить дорожки платы. Назначение фоторезиста - защитить медь под ним от воздействия травителя на следующем этапе.

б) травление

Заготовка травится для удаления ненужной меди . Резист, оставшийся на поверхности предохраняет медь под ним от травления. Вся незащищенная медь удаляется, оставляя диэлектрическую подложку. После травления дорожки схемы созданы и внутренний слой имеет требуемый рисунок.

в) удаление резиста

Резист удаляется, открывая не вытравленную медь . Теперь заготовка представляет собой полностью готовый внутренний слой. В нашем примере она будет вторым и третьим слоями будущей платы. Наследующем этапе на нее наносятся верхний (первый) и нижний (четвертый) слои платы.



7. Прессование

На этом этапе плата собирается в пакет состоящий из внутреннего и внешних слоев, проложенных препрегом (материалом служащим в качестве клея). На границах пакета необходимо использование дополнительных слоев, служащих для защиты пластин пресса от попадания расплавленного препрега и простоты разборки пакета. Прессование производится в вакууме в несколько этапов, сперва при относительно небольших усилиях (при определенных температурах), затем при больших усилиях и больших температурах. Граничной точкой является точка гелеобразования препрега. Очень важным является правильное определение этой точки, т. к. если подать 2е усилие до точки гелеобразования заготовка будет содержать пустоты, а если после, то препрег перейдет в стеклообразное состояние и произойдет его выкрашивание. Точность совмещения слоев при прессовании в основном определяется системой совмещения, а так же точностью используемой оснастки.

8. Сверление отверстий

Отверстия на плате служат двум целям: обеспечивать соединение между слоями и для монтажных целей . Платы сверлятся на станках с программным управлением, часто называемым обрабатывающими центрами. Этот этап является одним из ключевых этапов, определяющих точность платы. Точность сверления определяется классом оборудования, а так же его настройкой.



9. Металлизация отверстий

Этот этап служит для покрытия отверстия тонким слоем металла . Проблема в том, что поверхность отверстия непроводящая. Для металлизации плата помещается в ванну, где плата полностью химически покрывается тонким слоем паладия. Сущность процесса химическая и в результате покрываются как диэлектрические, так и металлические поверхности.

10. Химическая обработка

а) нанесение резиста

Далее плата покрывается резистом, резист засвечивается через фотошаблон, засвеченные участки удаляются . Эти этапы аналогичны описанным ранее с одним отличием: резист удаляется с участков , где будет наносится медь. Следовательно, изображение на фотошаблоне должно быть позитивным. Этап совмещения фотошаблона и заготовки является ключевым в обеспечении совмещаемости.

б) электролитическое нанесение меди

Медь наносится на поверхность отверстия до толщины 0,25мм . Медь, осажденная ранее на поверхность отверстия достаточно толстая, чтобы проводить ток, необходимый для электролитического осаждения меди. Это необходимо для надежного электрического соединения сторон и внутренних слоев платы.



в) оловянно-свинцовое покрытие

Оловянно-свинцовое электролитическое покрытие выполняет две важные функции. Во-первых, оловянно-свинцовая смесь выступает резистом для последующего травления. Во-вторых, она защищает медь от окисления. Если плата производится не по процессу SMOBC, тогда эта смесь может быть расплавлена в печи для лужения дорожек.

г) удаление резиста

Резист удаляется , оставляя оловянно-свинцовую смесь (припой) и нанесенную медь. Медь, покрытая припоем, выдержит процесс травления и образует собой рисунок платы.



д) травление меди

На этом этапе припой используется как резист для травления . Незащищенная медь удаляется, оставляя на плате рисунок будущей схемы.

е) удаление припоя

Припой удаляется с поверхности меди и плата очищается . Это начало процесса, называемого SMOBC ( solder mask over bare copper - маска поверх необработанной меди ). В других процессах, оловянно-свинцовая смесь расплавляется для дальнейшего использования (лужение).


11. Нанесение защитного покрытия

Для защиты поверхности платы, где в дальнейшем не потребуется пайка, наносится маска . Существует несколько типов масок и методов ее нанесения. Фоточувствительная маска наносится тем же способом, что и фоторезист и обеспечивает высокую точность процесса. Нанесение через трафарет не обладает такой точностью, но материал маски более пластичен, и стоимость процесса ниже.

4.4. Рельефные платы

Одна из задач, стоящих при изготовлении современных печатных плат, заключается в значительном повышении коммутационных (трассировочных) возможностей ПП.

Основными направлениями выполнения этого требования явилось уменьшение шага трассировки (минимального расстояния между центрами проводников проводящих слоев) и увеличение числа проводящих и изоляционных слоев.

Уменьшение шага трассировки имеет следующие недостатки: усложнение и удорожание технологических процессов (повышается класс точности изготовления ПП); значительное уменьшение шага трассировки незначительно увеличивает трассировочные возможности. Это происходит потому, что переходы не могут быть существенно уменьшены, а каждый из них обычно имеет на проводящих слоях контактные площадки большего размера, чем сами переходы.

Увеличение числа слоев обладает следующими недостатками: существенное усложнение, удорожание и увеличение цикла изготовления ПП; снижение процента выхода годных ПП; снижение надежности ПП.

В результате поиска альтернативы, обеспечивающей повышение коммутационных возможностей ПП была разработана конструкция рельефной платы (РП)

Материалы для изготовления печатных плат.
Основой печатной платы служит диэлектрик, наиболее часто используются такие материалы, как текстолит, стеклотекстолит, гетинакс, так же основой ПП может служить металлическое основание покрытое диэлектриком (например, анодированный алюминий).
Текстолит - слоистый пластик, изготовляемый в виде листов из хлопчатобумажной ткани, пропитанной резольной фенолоформальдегидной смолой. Для изготовления текстолита различных марок применяется ткань различной плотности и переплетения. Обычно применяют ткани полотняного гладкого переплетения основы и утка, при котором число перекрытий основы утком максимальное. Иногда также применяют ткани сатинового переплетения с меньшим числом перекрытий основы утком, что способствует увеличению прочности материала при растяжении. Характер переплетения нитей оказывает существенное влияние и на другие свойства текстолита: ударную вязкость, стойкость к раскалыванию и др. По толщине используемые ткани делятся на легкие (до 150г/м2), средние (до 300 г/м2) и тяжелые (свыше 300 г/м2). Наиболее широко применяют бязь, миткаль, шифон, бельтинг, ремень.

Текстолит выпускается в виде листов различной толщины (от 0,2 до 100мм) различных длин и ширин. Текстолит каждой марки имеет свое преимущественное назначение. Поделочный текстолит марок ПТ, ПТК высшего и первого сорта выпускает толщиной от 0,5 до 70 мм с ровной светло-коричневой или темно-коричневой поверхностью по ГОСТ 5-78. Текстолит марок А и Б является электротехническим материалом.

Свойства текстолита зависят от типа применяемой ткани. Материал на основе тяжелой ткани имеет более высокую ударной вязкость по сравнению с материалом на основе легкой ткани, но по другим показателям уступает. Прочность материала пропорциональна количеству слоев ткани единицу толщины материала. Наибольшие значения получаются при соотношении смолы и ткани 1:1 или некотором близком к этому. На свойства материала влияют также условия прессования. Высокое давление при содержании смолы 42-48% приводит к получению материала с более низкими физико-механическими свойствами. Текстолит обладает более высокой прочностью на сжатие, удар и лучше сопротивляется к раскалыванию, чем гетинакс, однако электроизоляционные свойства немного ниже. Свойства листов неодинаковы в продольном и поперечном направлениях, поскольку прочность ткани по основе превышает прочность по утку. Предел прочности на сжатие и изгиб значительно выше в направлении, перпендикулярном к слоям. Сопротивление раскалывание зависит от прочности склейки слоев ткани. Эта же величина определяет способность материала к механической обработке. Водостойкость и сопротивление раскалыванию чаще всего снижаются при при нарушении режима пропитки и сушки ткани и прессования. Более высокая влажность пропитанной и высушенной ткани, и пересушка (уменьшение содержания растворимой части смолы) и недостаточное содержание смолы - основные причины снижения прочности склейки слоев ткани.
Текстолит может длительное время эксплуатироваться при 90-105˚ С под нагрузками, составляющими 50-60% от предела прочности, определенного при температуре эксплуатации.

Замена хлопчатобумажной ткани найлоновой позволяет получить материал, обладающий хорошими электроизоляционными свойствами и более высокой стойкостью к действию влаги и плесени. Такой материал имеет более высокую прочность на удар и выдерживает механическую обработку.
Стеклотекстолит представляет собой слоистый листовой материал, состоящий из нескольких слоев стеклоткани, склеенных между собой методом горячего прессования, с добавлением термореактивным эпоксифенольным связующим. Стеклотекстолит листовой используется в качестве электроизоляционного материала во многих отраслях промышленности. Стеклотекстолит экологически чистый материал, обладает высокими диэлектрическими и механическими свойствами, тепло- и влагостойкостью, долговечностью.

Cтеклотекстолит СТЭФ получил самое широкое распространение. Стеклотекстолит СТЭФ изготавливают из стеклоткани со средней внутренней и поверхностной структурой, с добавлением эпоксидной смолы в качестве термореактивного связующего. Обладает высокой механической прочностью при умеренной температуре, высокой стабильностью электрических свойств при повышенной влажности. Длительно допустимый рабочий диапазон температур составляет от -65°C до +155°С. Также стеклотекстолит СТЭФ выдерживает кратковременный нагрев до +155°С. Предназначен для работы в агрессивной среде трансформаторного масла и воздушной среде в условиях нормальной и повышенной влажности.

Стеклотекстолит СТЭФ-1 обладает теме же свойствами, что стеклотекстолит СТЭФ. Основное отличие состоит в том, что марка СТЭФ-1 изготавливается из стеклоткани с более мелкой внутренней и поверхностной структурой, вследствие чего стеклотекстолит СТЭФ-1 более пригоден для механической обработки.

Стеклотекстолит листовой нашел широкое применение для изготовления электротехнических деталей применяемых в электротехническом оборудовании, судостроении, металлургии, приборо- и станкостроении, машиностроении, нефтехимическое и химическое, судостроении и во многих других областях.

Стеклотекстолит не токсичный материал, не взрывоопасен, но относится к горючим материалам. Температура воспламенения +340°C – +500°С, а температура самовоспламенения +505°C – +600°С. При механической обработке выделяется пыль из стекловолокна, поэтому рабочее помещение должно быть оборудовано по всем нормам пожарной безопасности. Выполняться работы со стеклотекстолитом должны в спецодежде, в соответствии с отраслевыми нормами.
Гетина́кс — электроизоляционный слоистый материал, имеющий бумажную основу, пропитанную фенольной или эпоксидной смолой.

В основном используется как основа заготовок печатных плат. Материал обладает низкой механической прочностью, легко обрабатывается и имеет относительно низкую стоимость. Широко используется для дешёвого изготовления плат в низковольтной бытовой аппаратуре, ибо в разогретом состоянии допускает штамповку (сразу получается плата любой формы вместе со всеми отверстиями).

Из-за низкой огнеупорности в настоящее время гетинакс не используется в ответственных электронных устройствах. Вместо него применяются текстолиты (чаще всего — стеклотекстолит), которые превосходят гетинакс по огнеупорности, прочности, сцеплению с фольгой и ряду других параметров, важных для электроники.

Гетинакс электротехнический листовой (гетинакс листовой) представляет собой слоистый материал, полученный методом горячего прессования бумаги, пропитанной термореактивным связующим на основе фенолформальдегидных или эпоксидных смол. Длительно допустимая рабочая температура от -65°С до +120°С. Гетинакс электротехнический листовой выпускается разных марок: гетинакс марки I, гетинакс марки V, гетинакс марки ЛГ. Все марки имеют высокие электротехнические показатели.

Гетинакс марки I – гетинакс на основе фенолформальдегидной смолы изготавливается толщиной от 0,4 до 50 мм. Имеет высокие механические свойства и поэтому хорошо поддается механической обработке резанием и сверлением, отличается низким водопоглощением и сохранением электроизоляционных свойств при изменении влажности. Рекомендуется для применения в низковольтной технике до 1000 В для работы на воздухе в условиях нормальной относительной влажности окружающей среды и в трансформаторном масле.

Гетинакс марки V – гетинакс на основе совмещенных эпоксидной и фенолформальдегидной смол изготавливается толщиной от 1,0 до 50 мм. Наряду с высокими механическими показателями гетинакс имеет отличные электроизоляционные свойства: высокая электрическая прочность вдоль слоев и низкое значение тангенса угла диэлектрических потерь. Как электроизоляционный материал гетинакс применяется в условиях нормальной относительной влажности воздуха и в трансформаторном масле при напряжении свыше 1000 В и частоте тока до 106 Гц.

Гетинакс марки ЛГ лавсановый электротехнический представляет собой слоистый прессованный материал, состоящий из нескольких слоев полиэфирной бумаги, пропитанной термореактивным связующим. Лавсановый гетинакс используется в качестве электроизоляционного материала для работы на воздухе в условиях нормальной относительной влажности, а также в условиях повышенной влажности 93% при температуре 40°С. Длительно допустимые рабочие температуры от минус 65°С до 150°С.

Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации