Как сделать многослойную плату

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 05.10.2024

Виды печатных плат

В зависимости от количества слоёв с электропроводящим рисунком печатные платы подразделяют на:

односторонние (ОПП): имеется только один слой фольги, наклеенной на одну сторону листа диэлектрика;
двухсторонние (ДПП): два слоя фольги;
многослойные (МПП): фольга не только на двух сторонах платы, но и во внутренних слоях диэлектрика. Многослойные печатные платы получаются склеиванием нескольких односторонних или двухсторонних плат.

По мере роста сложности проектируемых устройств и плотности монтажа увеличивается количество слоёв на платах.

По свойствам материала основы:

Печатные платы могут иметь свои особенности в связи с их назначением и требованиями к особым условиям эксплуатации (например, расширенный диапазон температур), или особенности применения (например, платы для приборов, работающих на высоких частотах).

Материалы

Основой печатной платы служит диэлектрик, наиболее часто используются такие материалы, как стеклотекстолит, гетинакс.

Также основой печатных плат может служить металлическое основание, покрытое диэлектриком (например, анодированный алюминий), поверх диэлектрика наносится медная фольга дорожек. Такие печатные платы применяются в силовой электронике для эффективного теплоотвода от электронных компонентов. Для дальнейшего улучшения тепловых характеристик металлическое основание платы может крепиться к радиатору.

В качестве материала для печатных плат, работающих в диапазоне СВЧ и при температурах до 260 °C, применяется фторопласт, армированный стеклотканью (например, ФАФ-4Д), и керамика. Такие платы имеют следующие ограничения:

в керамике обычно невозможно выполнение отверстий, а в ФАФ-4Д — металлизация отверстий;
сами по себе такие платы не могут быть несущей конструкцией, поэтому используются совместно с подложкой (основанием).

Существуют современные материалы и технологии, позволяющие преодолеть первое ограничение, но не второе.

Гибкие платы делают из полиимидных материалов, таких как каптон.

Сходные технологии

Подложки гибридных микросхем представляют собой нечто похожее на керамическую печатную плату, однако обычно используют другие техпроцессы:

Толстоплёночная технология: Шелкографическое нанесение рисунка проводников металлизированной пастой с последующим спеканием пасты в печи. Технология позволяет создавать многослойную разводку проводников благодаря возможности нанесения на слой проводников слоя изолятора теми же шелкографическими методами, а также толстоплёночные резисторы.
Тонкоплёночная технология: Формирование проводников фотолитографическими методами либо осаждение металла через трафарет.

Керамические корпуса электронных микросхем и некоторых других компонентов также выполняются с привлечением технологий гибридных микросхем.

Мембранные клавиатуры часто выполняют на плёнках методом шелкографии и спекания легкоплавкими металлизированными пастами.

Технические характеристики

Чтобы иметь общее представление о возможностях, конструкции, предназначении оснований для создания электроники, необходимо знать их технические характеристики:

* тип — многослойные, однослойные, гибкие, жёсткие;

* проводящие слои — до 18 штук;

* максимальные габариты — для многослойных 610х470 мм, односторонние 1200х457 мм, гибкие 5000х340 мм;

* максимальная плотность — 3,2 мм;

* ширина токопроводящих дорожек — от 25 до 75 мкм;

* максимальная плотность наружных слоёв фольги — 400 мкм;

* максимальная плотность внутренних слоёв фольги — 105 мкм;

* допустимый диаметр для сверления — 6.35 мм.

Существует несколько видов финишных покрытий, которые выбираются зависимо от предназначения основания, требуемых характеристик. К ним относятся:

* лужение без свинца;

Контакты покрываются гальваническим золотом.

Виды печатных плат

Основания для изготовления электроники разделяются на несколько видов. Они отличаются по конструкции, характеристикам, предназначению. Разновидности плат:

1. Односторонние — конструкции представляющие собой диэлектрические пластинки, на которые с одной стороны нанесён токопроводящий рисунок. Для соединения отдельных контактов на верхнем диэлектрическом слое закрепляются металлические перемычки. Односторонние основания используются при изготовлении недорогой бытовой техники. Связано это с их малой надёжностью, недолговечностью, хрупкой конструкцией.

2. Двухсторонние — на диэлектрическим слое с двух сторон наносятся токопроводящие рисунки, что позволяет устанавливать на основание большее количество электрических элементов, расширить функционал, технические характеристики платы. Отверстия имеют металлизированные вставки. Благодаря им прочность скрепления отдельных деталей с основанием становится надёжнее. Двухсторонние

пластинки считаются наиболее популярными при изготовлении бытовой электроники, компьютеров.

3. Однослойные — элементарная конструкция, состоящая из одной пластинки, прослойки покрытой металлом.

4. Многослойные — сложные конструкции, которые используются при изготовлении сложных приборов, механизмов. Несколько слоёв, расположенных в определённой последовательности, позволяют надёжно закреплять основные компоненты. Количество слоёв выбирается зависимо от требуемых характеристик. Максимальное количество — 40. У многослойных оснований есть ряд недостатков. Это сложности во время изготовления, сложный процесс починки, дороговизна расходных материалов.

5. Гибкие — могут быть односторонними, двухсторонними, иметь несколько слоев. Изготавливаются на гибком основании. Предназначены для соединения отдельных элементов электрического оборудования. Могут заменять собой кабеля.

6. Гибко-жесткие — конструкция представляет собой шлейф, на котором в определённых местах закрепляются жесткие пластинки, с нанесёнными на них токопроводящими рисунками. Используются для соединение жестких плат между собой. Обеспечивают надёжную связку.

7. Жёсткие — плитки, выполненные из жёстких слоев, которые не дают платам деформироваться. Простой пример жёсткого основания — материнская плата, устанавливаемая в компьютерах.

8. Теплопроводные — другие названия этих пластинок ВЧ, СВЧ. Во время изготовления основания используется керамика, чтобы оно выдерживало воздействие высоких температур. Дополнительно керамика повышает жёсткость конструкции.

Зависимо от вида плат изменяются их характеристики, внешний вид, размер, возможности.

Принципы выбора готовых плат: цены и производители

Магазины радиоэлектроники предлагают покупателям широкий ассортимент печатных плат для изготовления электроники

При покупке важно учитывать некоторые факторы:. 1

Размеры основания. Зависит от количества элементов, устанавливаемых на него

1. Размеры основания. Зависит от количества элементов, устанавливаемых на него.

2. Количество слоёв, используемых при изготовлении плитки.

3. Наличие металлических вставок на отверстиях для закрепления радиоэлементов.

4. Двухсторонний или односторонний рисунок.

5. Гибкое или жёсткое основание.

Платы нужны для всех устройств. Ниже представлены усредненная стоимость и производители на примере материнских плат для компьютера:

Нет смысла переплачивать за известный бренд, если собрать нужно простой электроприбор. Однако самая дешёвая плата быстро выйдет из строя и может привести к появлению возгорания. При выборе нужно проверять работоспособность электрических дорожек, целостность конструкции.

Типичные ошибки при конструировании плат

При сборке самодельных оснований люди допускают различные ошибки. К наиболее часто встречаемым относятся:

1. Неправильно выбранная ширина токопроводящих дорожек. Это приводит к потере напряжения, перегреву проводников, низкой механической прочности. Чтобы не столкнуться с такими проблемами, необходимо делать максимально допустимую ширину токопроводящих дорожек.

2. Неправильное проектирование цепей питания. Приводит к снижению выходящего напряжения, большие пульсации на выходе, помехам

вместо постоянного напряжения. Решение проблемы — максимальная ширина дорожек, подающий конденсатор из керамики.

3. Проблемы заземления. Использование обычного проводника минимальной ширины. Приводит к нестабильности рабочего процесса, перегреву основания. Решение — использование отдельного слоя изоляции для разводки.

5. Большое количество соединительных отверстий на одной пластинке. Это приводит к увеличения токопроводящих дорожек, повышению сопротивления. Использовать максимум два отверстия на пластинках малого размера.

Существуют и другие проблемы. Однако они менее популярны и требуют вмешательства специалистов.

Печатные платы являются основанием электрических приборов, механизмов. На них напаиваются ключевые элементы, которые выполняют определённые функции. Собрать основание можно своими руками. Для этого нужно определиться с тем, где оно будет использоваться, нарисовать чертёж, подобрать рисунок, выполнить определённую последовательность действий.

Но печатные платы это лишь основа для изделий на нее припаиваются диоды или стабилитроны или транзисторы или другие элементы радиоэлектронных схем, о который вы можете прочесть на нашем сайте — ссылка на оглавление.

Изготовление печатной платы своими руками

Самостоятельно изготовить основание для электроприборов легко. Для этого нужно изучить теорию, подготовить расходные материалы, инструменты, выполнить определённый порядок действий. Для изготовления понадобятся:

1. Текстолит — должен иметь слой фольги. Может быть двухсторонним или односторонним. Изготовление фольгированного материала займёт много времени, лучше купить готовую плитку.

2. Утюг, промышленный фен с регулятором температур.

4. Ножницы по металлу.

5. Фотобумага с глянцевым покрытием.

7. Медицинский спирт.

8. Наждачная бумага мелкой фракции.

10.Сверлильный станок, бормашинка, гравер.

К дополнительным инструментам можно отнести паяльник, припой и флюс для монтажа электронных компонентов.

Этапы изготовления платы:

1. На листе текстолита отметить размеры будущей пластинки. Ножницами по металлу вырезать её.

2. Использую наждачную бумагу мелкой фракции, зашкурить стороны текстолита до появления блеска. Обработать торцы, чтобы избавиться от неровностей.

3. Намочить отрезок ткани спиртом, протереть пластинку. Работать нужно в резиновых перчатках, чтобы не пачкать жирными пальцами рабочие поверхности.

4. Заранее нарисовать на компьютере рисунок будущих токопроводящих дорожек. Просчитать соединительные узлы, места стыковки дополнительных компонентов, перемычки.

5. Получившийся рисунок проводников распечатать на фотобумагу.

6. Положить распечатку изображением вниз на текстолит. Подключить утюг к сети, подождать пока он разогреется. Медленными движениями разглаживать бумагу по твердой пластинке. Когда она начнёт желтеть, убрать утюг.

7. Отнести плату с припаянной бумагой к умывальнику. Опустить под струю воды. Зубной щёткой оттереть остатки бумаги.

8. Расположить пластинку под ярким светом чтобы она просохла.

9. Подготовка состава для травления. Понадобится хлорное железо, которое продаётся порошком в магазинах радиоэлектроники. Взять ёмкость из пластика, налить в неё три части воды, добавить одну часть хлорного железа. Тщательно перемешать раствор.

10.Сухую плату опустить в готовую смесь для травления. На скорость обработки платы влияет качество реактивов, температура состава, толщина фольгированного слоя. Для ускорения процесса жидкость можно разогреть. Однако слишком высокая температура повредит рисунок. Чтобы ускорить процесс безопасно, можно присоединить к ёмкости моторчик от телефона. Лёгкие вибрации воздействуют на травление.

11.После травления, плату нужно промыть под проточной водой. Протереть тряпочкой, смоченной в спирте.

12.Следующий процесс обработки — сверление. Для этого желательно использовать специальный станок, гравер или бормашинку. Инструмент закрепляется неподвижно с помощью тисков, чтобы можно было делать точные отверстия. По рисунку происходит сверление. После изготовления отверстий, по поверхности платы нужно пройти наждачной бумагой, удалив заусенцы.

13.Лужение основания. Плата смачивается медицинским спиртом. Его нужно нанести тряпкой лёгкими движениями без прижимов. Смочить другую тряпку в растворе для травления. Смазать стороны платы. Нагреть паяльником припой, быстрыми движениями нанести его на электрические каналы.

14.Наждачной бумагой с мелкой фракцией пройтись по сторонам плитки.

Лужение считается необязательным этапом при изготовления плат. Однако его делают из-за нескольких преимуществ:

1. Увеличивается показатель устойчивости к коррозии.

2. Толщина токопроводящего слоя увеличивается, благодаря чему снижается сопротивление, улучшается эффективность платы.

3. Проще припаивать радиодетали.

При соблюдении правил проведения работы сборка самодельной платы не покажется сложным процессом

Перед закреплением других деталей важно провести проверку токопроводящих рисунков

Более подробно про различные способы изготовления печатных плат почитайте в нашей статье

Почему 4-слойные печатные платы лучше всего подходят для сложных устройств или гаджетов?

Использование ПХД стало существенной потребностью в нашей повседневной жизни.

Бытовая техника, от кухонных гаджетов до смартфонов и промышленного оборудования до микроволновых печей, зависит от печатных плат.

Более того, 4 слоя печатных плат имеют возможность поддерживать очень высокий уровень сложности печатных плат.

Фактически, эти печатные платы играют решающую роль в успехе электронной промышленности.

Конструкторы электроники используют их в медицинских устройствах, бытовой электронике, промышленном оборудовании, автомобильных компонентах и так далее.

Кроме того, трудно определить их использование в электронных приборах, поскольку они являются их неотъемлемой частью.

Итак, здесь мы должны описать вам полную информацию о печатных платах и 4-х слойных печатных платах.

Что такое печатная плата?

Сегодня печатные платы играют особую роль во всех отраслях промышленности. По сути, печатная плата - это очень тонкая плата, и дизайнеры делают ее с:

эпоксидная смола
Стекловолокно и многие другие ламинатные материалы.

В современном мире печатные платы выступают в качестве важных функциональных центров почти всех электронных устройств.

Фактически, это небольшие микросхемы, присутствующие во всех электронных приборах и устройствах.

Следовательно, эти маленькие чипы бывают самых разных видов и содержат несколько слоев.

Количество слоев полностью зависит от потребностей и требований устройства.

Инженеры-электронщики получают от печатных плат следующие преимущества. Такие как:

Уменьшите использование проводов, но имеет возможность удерживать большое количество компонентов.
Проверить и устранить неисправности в печатных платах очень просто.
Все компоненты печатных плат закреплены на своих местах
Печатные платы очень надежны
Они могут сэкономить ваше драгоценное время и деньги
Использование меди снижает вероятность короткого замыкания
Печатные платы также помогают уменьшить или почти полностью устранить электронный шум.
Более удобно и экономно использовать метод печатных плат.

Сколько слоев в печатной плате?

Когда мы говорим о печатных платах, есть несколько видов печатных плат с разными номерами. слоев. Печатная плата может иметь,

Итак, дизайнеры выбирают эти слои в соответствии со своими потребностями. Чем сложнее ваше устройство, тем больше слоев оно будет использовать.

На самом деле внутри печатных плат имеется более одного рисунка проводников.

Потому что разработчики электроники используют несколько шаблонов на печатных платах. Это добавление разнообразия для повышения производительности в тяжелых условиях.

Таким образом, они получают многослойные печатные платы путем ламинирования множества двусторонних плат вместе, и между этими платами они используют изолирующие слои.

В большинстве случаев количество слоев любой печатной платы равно 2, 4, 8, ……, 100 и так далее.

Хотя эти ровные слои также включают 2 внешних слоя.

Редко случается, когда количество слоев превышает 100, потому что производители печатных плат в основном проектируют печатные платы со 100 слоями.

Печатные платы по материалу, из которого они изготовлены:

Материалы для печатных плат

FR-1 / FR-2: Эти материалы для печатных плат изготавливаются с использованием фенола и бумаги. Они считаются лучшими для одиночной печатной платы.
FR-3: целлюлозная бумага и эпоксидная смола
FR-5: армирование стекловолокном на связующем из высокотемпературной эпоксидной смолы.
FR-6: Нетканое полотно из стекловаты и полиэстера
G-10: это композитный материал, состоящий из стеклоткани и эпоксидной смолы.
CEM-2: целлюлозная бумага и эпоксидная смола
CEM-3: Серия ламината с медным покрытием Изделия этого типа производятся в трех цветах подложки: белом, черном и естественном цвете. : имеет отличные электрические свойства и высокую термическую стабильность на высоких частотах.

Что такое 4-слойная печатная плата?

4 слоя печатных плат на самом деле становятся чрезвычайно популярными в электронике, в основном в сложных устройствах.

Фактически, печатные платы с 4 слоями являются идеальным выбором для высокой интенсивности сигнала. Печатные платы, имеющие 4 слоя, также могут поддерживать очень высокие уровни сложных устройств.

Кроме того, эти печатные платы были созданы с помощью 4 слоев меди, ламинированных вместе.

В процессе создания 4 слоев печатных плат дизайнеры начинают использовать одно ядро.

Более того, это ядро фактически состоит из аналогичных материалов, которые они используют при создании двухслойной печатной платы.

Кроме того, после травления внутреннего ядра добавляют:

Это стекловолокно действительно способно удерживать все слои вместе.

Более того, после горячего прессования доска становится очень твердой из стекловолокна. Следовательно, после этого процесса отверждения четырехслойные печатные платы становятся очень прочными, прочными и долговечными.

Кроме того, если инженер-электронщик собирается создать печатную плату с 4 слоями, он будет использовать:

Препрег
Одно ядро
Медная фольга

для нижнего и верхнего слоев.

Что такое стек 4 слоя печатной платы Доски?

штабелирование печатных плат с 4 слоями полностью сложен и продуман.

Он состоит из двух внутренних слоев. И внутренние слои 1 и 2 фактически зажаты между нижним и верхним слоями.

Четырехслойный стек сверху вниз выглядит так:

Верхний слой для сигнала шириной 0.0014 дюйма
Слой препрега толщиной 0.0091 дюйма
Диэлектрическая проницаемость 4.2 дюйма

Кроме того, дизайнеры используют медный материал для верхнего слоя печатной платы.

После слоя препрега есть внутренний слой 1 толщиной 0.0014 дюйма, который дизайнеры часто называют плоскостью.

Кроме того, есть еще один внутренний слой 2, перед ним - основной подслой, который является частью внутреннего слоя 1.

Ширина этого основного подслоя составляет 0.037 дюйма. Следовательно, внутренний слой 2 по сути является другим плоским слоем. И получилось из 1 унции. медь толщиной 0.0014 дюйма.

На самом деле существует еще один подслой препрега, который состоит из 2 листов толщиной 0.0091 дюйма.

Эти 2 листа фактически являются частью внутреннего слоя 2.

Кроме того, нижний слой также является последним слоем четырехслойной печатной платы.

Он также является его сигнальным слоем и имеет толщину 0.0014 дюйма.

По сути, интерконнекты были припаяны и размещены на нижнем и верхнем слоях.

Как мы уже говорили, в печатной плате с 4 слоями имеется очень широкая поверхность для следов.

Конструкторы электроники используют слой препрега, который соединяет две или более двух двухсторонних плат путем приложения давления и тепла.

Следовательно, 4-слойная печатная плата всегда является лучшим выбором, поскольку ее конструкция на самом деле состоит из:

Плоский и заземляющий слои VCC
Дополнительные два слоя сигналов.

Вы также можете понять его стек с помощью следующего рисунка:

Is 4-слойная печатная плата Дорогая?

Если говорить о стоимости, то четырехслойная печатная плата стоит очень дорого.

Потому что он очень чувствительный, и его конструкция также очень сложна.

Более того, есть еще один фактор, влияющий на его цену.

Например, он может обеспечить высочайшее качество сигналов, поскольку может снизить уровни распространения и искажения.

Следовательно, четырехуровневые печатные платы также могут снижать уровни помех и обеспечивать более высокий уровень целостности сигнала.

Несмотря на то, что они дороги, они становятся наиболее выгодным выбором для большинства производителей электроники.

Какие 3 фактора выбрать 4-слойная печатная плата?

Фактически, вот 3 фактора, из-за которых разработчики электроники предпочитают выбирать 4-слойные печатные платы.

К ним относятся:

4-слойная печатная плата - лучший вариант для выбора, поскольку она имеет больше функциональных возможностей в очень небольшом пространстве.
4-слойные печатные платы также лучше всего подходят для сложных конструкций или устройств.
Они очень прочные и долговечные. Итак, для надежных устройств это правильный выбор.

Каковы преимущества использования 4-слойных печатных плат?

Хотя 4-слойные печатные платы имеют несколько преимуществ, но наиболее важным преимуществом является то, что на самом деле они имеют два дополнительных уровня маршрутизации для сигналов.

Кроме того, эти слои позволяют уменьшить размер печатной платы и полезны для сложных устройств или устройств. Например, для BGA на самом деле требуется 200 соединений.

Четырехслойные печатные платы очень полезны для производителей, которые действительно заинтересованы в продаже своих разработок.

По сути, электронные устройства, которые дизайнеры создают для коммерческой продажи, нуждаются в сертификате CE или FCC.

Более того, они строго запрещают излучать радиоэнергию через указанное значение.

Самым важным в этих печатных платах является то, что они могут улучшить маршрутизацию сигналов по сравнению с двухслойными печатными платами.

Фактически, он удаляет все соединения заземления и питания со слоев маршрутизации сигналов. Таким образом, можно освободить много места для сигналов.

4 слоя печатной платы

Вот некоторые сенсационные преимущества 4-слойных (многослойных) печатных плат:

Легкая конструкция:

Фактически, эти печатные платы имеют небольшой размер и, следовательно, легкий вес.

Таким образом, они наиболее выгодны для современных и умных электронных устройств и гаджетов.

Повышенная долговечность:

Четырехслойные печатные платы чрезвычайно прочные, прочные и способны выдерживать воздействие давления и тепла.

Превосходство в качестве:

Эти печатные платы превосходны по качеству и функциональности по сравнению с однослойными или двухслойными печатными платами.

Кроме того, они очень надежны для сложных конструкций из-за затрат дополнительной энергии и времени.

Очень мощный:

Эти печатные платы на самом деле имеют большую емкость и очень высокую плотность.

Более того, 4-слойные печатные платы имеют лучшую скорость по сравнению с другими версиями печатных плат.

Единая точка подключения:

Четырехслойные печатные платы очень выгодны для тех устройств и устройств, где есть ограничения по весу и размеру.

Они стали компактными, потому что имеют единую точку подключения.

Маленький размер:

Лучшее в 4-слойных печатных платах в том, что они очень маленькие по размеру. Следовательно, это идеальный выбор для,

Смартфоны
Таблеты
портативный компьютер
Носимые и многое другое.

Многослойные печатные платы имеют одну или несколько шин для увеличения площади проводки.

Печатные платы многослойные печатные платы; Например, четырехслойная печатная плата и шестислойная печатная плата формируются путем зажатия более двух слоев медных трактов между основными слоями.

Производство 4-слойной печатной платы достигается за счет увеличения площади кабеля на печатной плате путем соединения (ламинирования) изоляционными слоями между двусторонней печатной платой.

Почему многослойные доски стали незаменимыми?

Из-за увеличения плотности кабелей на интегральных схемах в крупных проектах НИОКР становится необходимым использование многослойных печатных плат.

В современных требованиях к электронике, часто в решениях на многослойных печатных платах, на печатных платах есть слои различных схемных путей между 4 слоями, 6 слоями, 8 слоями и 10 слоями.

Однако, в зависимости от размера наших электронных проектов, можно изготавливать печатные платы примерно со 100 слоями.

В настоящее время изделия, связанные с бытовой электроникой, становятся все меньше, а использование многослойных печатных плат электронных схем все больше и больше увеличивается.

По мере увеличения количества слоев и слоев на многослойных печатных платах возрастают затраты на многослойные печатные платы.

Недостатками многослойных печатных плат, помимо их высокой стоимости, являются длительные сроки изготовления и трудоемкие процессы тестирования электрических плат.

Вывод:

4-слойные печатные платы чрезвычайно полезны для высокопроизводительных электронных устройств и смартфонов.

Фактически, они являются лучшим выбором для всех производителей электроники.

Кроме того, у этих печатных плат есть и недостатки. Например, четырехслойные печатные платы дороги, и на их проектирование также требуется больше времени.

Хотя это основные недостатки, они незначительны и несущественны.

Потому что сегодня 4-слойные печатные платы широко и широко используются во всех современных устройствах.

Размерная стабильность базового материала — фактор, наиболее существенный для обеспечения плотности межсоединений в многослойных печатных платах (МПП). Увеличение плотности компоновки требует использования элементов межсоединений (таких как, например, внутренние контактные площадки МПП) меньших размеров. Это, в свою очередь, требует лучшего совмещения трехмерных структур и, как результат, увеличения стабильности размеров материалов слоев МПП.

Методика испытаний, описанная в стандарте МЭК 61189-2, охватывает процедуру определения стабильности размеров слоистых материалов, фольгированных медью, используемых при изготовлении многослойных печатных плат (МПП).
Эта методика испытаний предоставляет информацию обо всех линейных изменениях размеров, возникающих во время изготовления многослойной печатной платы вплоть до этапа прессования.

Образцы для испытаний

Образцы должны быть вырезаны из листа на расстоянии не менее 25 мм от края.
Образцы должны быть вырезаны в различных областях листа тестируемого материала, как показано на рисунке 1. Одна сторона образца должна быть вырезана параллельно основе стеклоткани испытуемого материала, и помечена для дальнейшей идентификации.
Размер образцов должен быть как минимум 300 мм в длину и в ширину. Должны испытываться три образца.

Рис. 1. Расположение образцов на листе для проведения испытания на стабильность размеров (Left/Center/Right — левый/центральный/правый образцы)

Испытательное оборудование и материалы

Должно использоваться следующее испытательное оборудование и материалы:
– средства нанесения соответствующей маркировки (оборудование для сверления, маркировочные чернила);
– оптический или механический измерительный прибор с погрешностью измерения не более 10 мкм;
– термошкаф с циркуляцией воздуха, способный поддерживать температуру 150 ± 2 °C.

Порядок испытания

Порядок испытания включает в себя маркировку образцов, стабилизацию и кондиционирование перед измерением, измерения в начале и в конце процесса изготовления МПП и непосредственно процесс изготовления.
Нанести соответствующие маркировки (реперные знаки, просверлить отверстия) в каждом углу образца, на расстоянии не менее 20 мм от краев, так, чтобы они сформировали квадрат со сторонами 260 ± 5 мм. Нанесенные метки должны быть пронумерованы 1-2-3-4 (см. рис. 2).

Отчет

Целесообразно разделять методы улучшения стабильности, применяемые при изготовлении материала и используемые в производстве МПП. При производстве базового материала конечная стабильность размеров зависит от множества факторов, которые закладывает производитель:
– тип армирующего наполнителя;
– тип связующего наполнителя;
– комбинация связующего и армирующего наполнителей;
– количество слоёв в композитном материале;
– режимы прессования материала.
В производстве МПП существуют следующие способы управления размерной стабильностью:
– термостабилизация заготовок;
– немеханические способы развития поверхности фольги;
– заполнение пустот на слоях медью;
– стабильность климатических параметров на протяжении всего цикла изготовления;
– подбор режимов прессования;
– выбор армирующих наполнителей композиционных материалов.

Нетканые материалы (стеклянный шпон или стеклянная бумага) могут избежать этих напряжений. В нетканых материалах короткие, случайным образом ориентированные волокна обрабатываются вместе с полимерной системой. Прямые нити стекловолокна укладываются равномерно диагонально друг относительно друга, что может противостоять последующим напряжениям.
Арамид — ароматический полиамид — аморфный полимер линейного строения, обладающий высокой прочностью в нитях, лентах и пленках. Для арамида характерны высокие температуры размягчения, достаточно высокая (до 220 °С) температура длительной эксплуатации, повышенная радиационная и химическая стойкость, низкая плотность и отрицательный коэффициент линейного расширения вдоль волокон. В смеси со смолами композиция может получить нулевой коэффициент линейного расширения.
Под простыми наполнителями имеются ввиду тонко измельченные материалы, которые добавляются в связующее для изменения его свойств. В ряду таких наполнителей, большей частью, неорганические материалы, начиная от каолина до стеклянных сфер. Ряд наполнителей (специальная керамика) уменьшает коэффициент линейного расширения, и тем самым, улучшает надежность плат.

Существует огромное множество различных типов связующих, используемых при изготовление композитных материалов. Большинство из них — это полимеры — органические вещества с чрезвычайно большими молекулами, содержащими иногда многие тысячи атомов. По химической природе, многие из искусственных высокомолекулярных структур представляют собой вещества, молекулы которых получаются при соединении друг с другом большого числа молекул более простых по составу веществ, так называемых мономеров. Реакция образования полимеров из мономеров носит общее название полимеризации.
Высокомолекулярные соединения — линейные или пространственные полимеры, при всем своем разнообразии их происхождения и свойств, характеризующиеся сходным строением и некоторыми общими физическими свойствами, получили название синтетических смол.
С точки зрения стабильности размеров, эпоксидные смолы имеют уникально малую усадку при полимеризации — 0,2…0,5%, и потому, минимальные внутренние напряжения. Для сравнения: усадка полиэфирмалеинатов достигает 15%, полиэфирных смол от 7% до 15%, для фенолоформальдегидной композиции — от 1% и выше, а для полиимида — 17%. Уникально малая усадка и хорошие физико-механические свойства эпоксидных смол предопределили их массовое применение в производстве фольгированных диэлектриков для печатных плат, композиционных материалов, масок и клеев.

Одна и та же толщина диэлектрика может быть получена многочисленными комбинациями стеклоткани и содержания смолы. Конструкции с относительно низким содержанием смолы часто являются предпочтительными, поскольку они дают меньшее расширение по оси Z и поэтому могут улучшить надежность трансверсальных межсоединений. Кроме того, низкое содержание смолы может также улучшить размерную стабильность, стойкость к короблению, а также возможность управления толщиной диэлектрика. С другой стороны, конструкции с высоким содержанием смолы приводят к низким значениям диэлектрической проницаемости, что иногда является предпочтительным для электрических характеристик. Кроме того, ограничение минимального содержания смолы необходимо для обеспечения адекватной пропитки смолой стеклоткани, чтобы предотвратить образование пустот внутри МПП. Способность полной пропитки смолой стеклянных нитей очень важна для сопротивляемости электромиграции (CAF — Conductive Anodic Filament по IPC 4101B). Для каждого типа стекловолокна существует оптимальное содержание смолы, при котором достигается баланс различных требований к рабочим характеристикам.

При толщине диэлектрика меньше 0,1 мм обычно используют однослойную стеклоткань. В том случае, когда толщина диэлектрика составляет 0,1…0,2 мм, существует вариант использования однослойной и многослойной структуры. При толщине диэлектрика больше 0,2 мм обычно приходиться использовать многослойную стеклоткань. В пределах каждого диапазона существуют комбинации использования многослойной ткани и удельного содержания смолы, которые могут обеспечить требуемую толщину диэлектрика. Выбор той или иной многослойной структуры может существенным образом повлиять как на стоимость, так и на рабочие характеристики платы. Выбор однослойной структуры как альтернативы многослойной, если это возможно, не так уж редок.
Однослойная структура дает возможность снизить затраты по сравнению с многослойной структурой. Величина этой экономии будет зависеть от конкретного типа используемого стекла и стоимости других материалов. Рабочие характеристики также необходимо принимать во внимание при определении используемой конструкции. Прежде всего, однослойные конструкции имеют меньшее содержание смолы. Другим основным преимуществом однослойных конструкций после удельного содержания смолы является контроль толщины диэлектрика. При прочих равных условиях, за счет использования однослойной конструкции может быть обеспечены меньшие допуски по толщине, поскольку вариации толщины одного слоя предварительно пропитанного стекловолокна будут меньше, чем в случае использования нескольких слоев. Тем не менее, если речь идет о размерной стабильности, однослойные конструкции менее устойчивы, чем многослойные.

В процессе изготовления композиционных материалов производители не имеют возможности доводить связующее до полной полимеризации — для этого требуется гораздо больше времени нагрева, чем это позволяют условия массового производства. Вместо этого многие производители слоистых материалов уменьшают давление в определенной точке цикла прессования, что уменьшает нагрузки, деформирующие тонкие слои материалов.
Новые технологические методы изготовления материалов тонких слоев могут также способствовать улучшению стабильности размеров. Равномерный температурный профиль по всему прессуемому пакету позволяет применять низкое давление при прессовании. Оптимизация этих параметров может привести к улучшению однородности в стабильности размеров.
Контроль других процессов, используемых при изготовлении материалов, также очень важен для стабильности размеров. Контроль сырья, особенно стеклоткани, может способствовать стабильности размеров. Натяжение в ткани, создающееся в процессе ее пропитки, повышение температуры и давления при прессовании материала, а также методика сложения слоев при изготовлении слоистого материала, также могут оказывать существенное влияние на стабильность размеров. Согласованность этих параметров обычно улучшает эффективность процесса изготовления печатных плат.

При изготовлении фольгированных диэлектриков производители никогда не доводят полимеризацию связующего до окончательного состояния, так этот процесс длительный, существенно сказывающийся на объеме выхода продукции. Производители рассчитывают на то, что при изготовлении печатных плат диэлектрическое основание подвергается дополнительному нагреву и поэтому процесс полимеризации продолжится. Однако при этом нагрев не является целенаправленным и однородным. Поскольку при полимеризации происходит усадка (изменение линейных размеров), необходимо этот процесс выполнять в однородных условиях для получения однозначно стабильных результатов.
Смысл термостабилизации состоит в окончательной полимеризации (отверждении) связующего вещества и частичного удаления летучих веществ (влаги и растворителя) из базового материала. Это делается для улучшения электрических и механических свойств стеклотекстолита.
Степень полимеризации — это число мономерных единиц в молекуле полимера — безразмерная величина, измеряемая в %. Количественно её можно определить, измеряя массу образца до и после удаления мономерных и маломолекулярных структур. Они отличаются относительно хорошей растворимостью. Поэтому их извлечение производится при помощи аппарата Сокслета (рис. 8), в котором пары ацетона, проходя через материал, растворяют имеющиеся в нём мономеры (F. R. Soxhlet, 1848 — 1926, нем. химик).

Прежде чем поместить образец в аппарат Сокслета, с него стравливают всю медь, сушат в течении 2 часов при температуре 105° С, а затем взвешивают. После чего образцы измельчают, а связующее (полимер) отделяют от стеклоткани. Порошок связующего помещают в аппарат Сокслета на полчаса, подвергают обработке парами растворителя, а затем снова взвешивают. Вычисляют степень полимеризации (Р) следующим образом:

(где m₁ — масса образца до прогонки в аппарате Сокслета; m₂ — масса образца после прогонки в аппарате Сокслета; m_СВ — доля массы связующего в образце).
Для каждой марки материала существует своя оптимальная степень полимеризации, т.к. низкое содержание летучих веществ и слишком сильное отверждение могут приводить к расслоению, понижению теплостойкости и уменьшению прочности базового материала.
По изменению температуры стеклования (Tg) базового материала также можно определить полноту полимеризации. Имеется ряд методов измерения Tg, такие как спектральный ИК-анализ, измерение электрических характеристик и методы термодинамического анализа. Наиболее широко используются последний, т.к. применение первых двух ограничено и затратно. К трем методам термодинамического анализа относятся:
– дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC);
– термомеханический анализ (TMA);
– динамометрический анализ (DMA).
Более подробное описание этих методов можно найти в IPC-TM-650. Для определения полноты полимеризации следует проводить как минимум два измерения Tg базового материала. Если значение Tg в первом измерение существенно меньше, чем во втором (Tg1 3° С), это означает, что степень полимеризации недостаточна, и требуется термостабилизация. Если же наоборот первое измерение Tg значительно превышает второе (Tg1 >> Tg2; ∆Tg > 5 °С), то это может указывать на то, что материал образца приближается к состоянию, характерному для температуры разложения (Td).
Процесс термостабилизации имеет следующие параметры:
– температура;
– длительность;
– давление на заготовку по оси Z;
– давление воздуха в печи.
Обычно, температуру устанавливают на 5° С выше указанной в паспорте температуры стеклования Tg. Длительность нахождения материала в печи (или прессе) при температуре Tg + 5 °С составляет 3 часа, с последующим постепенным охлаждением до температуры окружающего воздуха в течении 5—8 часов. Вакуум при процессе термостабилизации желателен, но не является необходимым. Давление по оси Z можно обеспечить в прессе, выставив значение равное
2 кг/см 2 , но наличие этого давления также не является обязательным.

Применение фольги с заранее обработанной поверхностью обычно дает возможность исключить процедуру создания шероховатостей при формировании рисунка дорожек на внутренних слоях. Создание шероховатостей поверхности обычно достигается путем механической зачистки (крацевание), которая может вытянуть или искривить тонкие материалы. Большая часть деформаций, вносимых этим процессом, относится к упругим, так что слоистые материалы обычно возвращаются к своим первоначальным размерам. Но этому процессу возвращения требуется некоторое время. Если рисунок наносится до момента, когда материал полностью восстановит свой размер после механической зачистки, то может произойти некоторое смещение рисунка после его нанесения. Кроме того, изменение самой процедуры механической зачистки со временем может привести к изменениям деформаций от партии к партии, что неблагоприятно повлияет на возможности совмещения. Фольга RTF, которая дает возможность отказаться от механических процедур создания микрошероховатостей благодаря усиленной адгезии фоторезиста, может способствовать улучшению точности совмещения.

При проектировании сигнальных слоев, разработчики зачастую не заполняют пустоты, остающиеся между проводниками (рис. 9). При производстве двусторонних или низкопрецизионных ПП, это оправдывает себя, т.к. снижает конечную массу печатной платы. Но при проектировании МПП начиная с класса 5, незаполненное медью пространство может серьезно влиять на точность совмещения площадок межслойных соединений, особенно на тонких основаниях. Медь, по сути, армирует тонкое основание, снижая коробления слоя и не давая высвободиться всем внутренним напряжениям материала на этапе травления.

Требования по стабильности температуры и влажности относятся ко всем производственным помещениям, где выполняются операции, связанные с обеспечением размерной точности. Стандартным требованием к температурному режиму является соблюдение в помещениях температуры 21 ± 1 °С, а по режиму влажности — поддержание её на уровне 50 ± 5 %.

Зачастую производители ПП доверяются производителю базового материала, исключая из техпроцесса операции по улучшению геометрической стабильности, т.к. эти операции затратны и не дают ощутимого прироста выхода годной продукции при производстве ПП низкого класса точности. Однако, при высоких требованиях к плотности межсоединений, и производитель базового материала и производитель МПП обязаны использовать весь набор методов по улучшению размерной стабильности, чтобы обеспечить возможность совмещения элементов межсоединений в платах высокого класса точности.

В настоящее время востребованными становятся печатные платы изготовленные из материалов, работающих в диапазоне частот 1-20 Ггц ( и более). Использование таких материалов требует освоения новых технологических методов формирования рисунка слоев и структуры многослойных печатных плат. В статье описывается технология изготовления СВЧ многослойных печатных плат с использованием метода полностью аддитивного формирования слоев разработанного в ФГУП ИТМ и ВТ. Изготовление опытных образцов освоено на производственном участке ОАО НИЦЭВТ.

Производство СВЧ многослойных печатных плат (МПП) с проводниками шириной 50…75 мкм при толщине проводников 20…50 мкм основано на методе полностью аддитивного формирования слоев.

При изготовлении МПП этим методом топология слоя формируется селективно по рисунку на временном носителе-заготовке из нержавеющей стали. Затем рисунок проводников впрессовывают в изолирующий слой на всю толщину проводника, используя нужное количество прокладок препрега, после чего спрессованный слой механическим способом отделяют от временного носителя. Схема маршрута изготовления слоев этим методом изображена на рисунке 1. Геометрия проводников определяется рисунком в сухом пленочном фоторезисте, а изолирующие области формируются селективно как между проводниками в слое, так и между слоями проводников.

Форма, размеры и точность получения проводящего рисунка зависят только от точности защитного рельефа, для получения которого применяют способы фотолитографического формирования в сухом пленочном фоторезисте водощелочного проявления (возможно лазерное гравирование в тонком слое диэлектрика).

Травление медной шины выполняется в том случае, если слои изготавливают без переходных отверстий (межслойных переходов), а также для экранных слоев. После травления шины (на 2…5 мкм) получаются готовые слои.

Преимуществами полностью аддитивного метода формирования слоев являются следующие:

исключение их технологического процесса фольгированного диэлектрика; для изготовления слоев используется только препрег, медные аноды и другие стандартные материалы, что обеспечивает высокую стабильность размеров (примерно в 3 раза выше, чем у фольгированного диэлектрика);
высокая разрешающая способность (современные прецизионные фоторезисты позволяют получать проводники шириной до 20 мкм);
высокая точность получения рисунка проводников при незначительном разбросе размеров из-за отсутствия подтрава;
возможность формирования проводников и изоляции требуемой толщины;
высокое объемное удельное и поверхностное сопротивление изоляции;
более высокая адгезия проводников за счет их запрессовки в диэлектрик;
возможность выбора диэлектрика (препрега) с различными физическими свойствами.

Это очень прогрессивный и экономичный метод изготовления многослойных печатных плат из фольгированного диэлектрика. Однако он имеет ряд ограничений. Во-первых, необходимо травить слой меди большой толщины, состоящий из исходной фольги материала и слоя меди, осажденного на поверхность во время металлизации сквозных отверстий. Например, при использовании фольги толщиной 9 мкм и при требуемой толщине металлизации отверстий не более 25 мкм (на поверхности наружного слоя многослойных печатных плат 30…32 мкм), общая толщина слоя меди для травления рисунка проводников будет составлять минимум 40 мкм. В результате обеспечивается точность ширины проводников после травления около ± 30 мкм. Для СВЧ многослойных печатных плат такая точность проводников в большинстве случаев неприемлема.

Возможности поучения точных проводников полностью аддитивным методом на наружных слоях СВЧ двухслойных печатных плат и многослойных печатных плат используются в предлагаемом методе тентирования рисунка проводников (ТЕНТРИС). Первый вариант схемы такого процесса показан на рисунке 2.

Наружные слои проводников припрессовываются к остальной части многослойных печатных плат с носителей, на которых предварительно сформированы точные проводники требуемой геометрии. После сверления и предварительной металлизации (прямая металлизация + гальваническая затяжка суммарной толщиной 3…4 мкм) сквозных отверстий для межслойных переходов в сухом пленочном фоторезисте (типа СПФ) создается рисунок только контактных площадок межслойных переходов, а остальная поверхность платы остается закрытой пленочным резистом, где под тонкой шиной (толщиной 4…5 мкм) расположены все прецизионные проводники. Таким образом, осуществляется тентирование проводников. В результате, металлизация межслойных переходов не влияет на геометрию проводников. Удаление фоторезиста, травление шины ( толщиной 4…5 мкм) и затяжки (толщиной 3…4 мкм ) не влияют на точность размеров проводников.

При металлизации отверстий можно использовать также металлорезист, например, иммерсионное олово или золото, как показано на рисунке 3.

При реализации более сложных многослойных печатных плат с использованием глухих микропереходов, сверление и металлизация всех отверстий производится совместно. Схема такого процесса показана на рисунке 4.

В СВЧ аппаратуре часто используют двухслойные печатные платы, у которых наружный слой состоит из прецизионных проводников, а второй слой выполняет функцию земли/питания или теплоотвода. На основе аддитивного метода с тентированием рисунка проводников такие платы реализуются по схеме, изображенной на рисунке 5.

Рис. 6. Изготовление заготовок наружных слоев СВЧ МПП со скрытыми под монтажными площадками межслойными переходами

Одним из вариантов получения изоляционного слоя в таких платах может служить склеивание листов СВЧ-пленки (например, TacBond HT 1,5 компании Taconic), имеющей толщину 40 мкм. Подбор необходимого количества листов пленки при заданной ширине сигнальных проводников обеспечивает требуемое волновое сопротивление.

При конструировании СВЧ многослойных печатных плат для систем в корпусе (СвК), в которых применяются компоненты с шариковыми выводами, возникает проблема ограничения по плотности контактных площадок. Особенно это ощутимо при шаге выводов 0,5 мм. Это обусловлено тем, что при обычной технологии изготовления многослойных печатных плат для соединения с шариковыми выводами микросхем, требуется дополнительная площадь поверхности платы для размещения контактной площадки металлизированного перехода и соединительного проводника от этой площадки до контактной площадки для шарикового вывода. Совмещать эти контактные площадки при обычной технологии многослойных печатных плат не рекомендуется, т.к. во время припаивания шариковых выводов припой уходит в отверстия.

На основе аддитивного метода можно значительно увеличить плотность монтажа компонентов в корпусах типа BGA с помощью предварительного изготовления двухслойных заготовок со скрытыми под монтажными контактными площадками микропереходами. Схема получения этих заготовок показана на рисунке 6.

Эти заготовки склеиваются с остальной частью многослойных печатных плат, после чего, при необходимости, можно делать сквозные межслойные переходы с тентированием проводников и контактных площадок для монтажа микросхем в корпусах типа BGA.

При реализации указанных выше процессов изготовления СВЧ печатных плат основную роль играет высокочастотный препрег (склеивающая прокладка или пленка). В данном случае был использован препрег TPG компании Taconic. В основу TPG входят такие материалы, как PFTE , ВТ-смола, эпоксидная смола и стеклоткань.

Этот материал, благодаря малой величине диэлектрической постоянной, обеспечивает следующие преимущества: более высокая скорость распространения сигналов (уменьшение задержки); возможность получения более тонких слоев, что уменьшает общую толщину многослойных печатных плат; снижение перекрестных наводок (помех); уменьшение затухания сигнала (затухание сигнала пропорционально корню квадратному из величины диэлектрической постоянной умноженному на частоту и фактор потерь).

Кроме того, применение этого материала позволяет обеспечить: уменьшение потерь на более высоких частотах сигналов с малыми фронтами; более однородную структуру конструкции, благодаря близким свойствам ламината и препрега; меньшие размерные изменения по Z (в направлении толщины платы), и в связи с этим - меньшая зависимость параметров от температуры; хорошее заполнение глухих и заглубленных переходов благодаря улучшенной текучести препрега; высокую адгезию к медной фольге; реализацию процесса прессования (склеивания) многослойных печатных плат в режимах, используемых для обычных материалов типа FR4.

Диэлектрик из TPG является размерностабильным материалом, что объясняется применением стеклоткани и сравнительно низкими и предсказуемыми сдвигами, возникающими при прессовании.Некоторые характеристики препрегов TPG для применения в различных конструкциях приведены в таблице 1

Таблица 1. Характеристики некоторых препрегов

Препрег	Диэлектрическая постоянная	Типовые толщины
TPG-30	3,00	114 мкм, 127 мкм
TPG-35	3,50	114 мкм

Для процесса прессования рекомендуются следующие условия (при использовании вакуумного пресса): скорость нагрева должна быть 1,5…5,5°С в минуту до температуры 190°С (при этом диапазон текучести находится в пределах 80…150°С); первая ступень давления величиной 73 psi (6 бар) прикладывается до тех пор, пока температура пакета не достигнет 37°С; затем прикладывается полное давление 450 psi (31 бар); время выдержки для полимеризации 1 час; скорость охлаждения пакета при полном давлении 3°С в минуту.

Для хорошего заполнения пространства между проводниками желательно достичь максимальной текучести перед отверждением смолы. Процесс прессования следует начинать с холодного старта. Горячий старт прессования приводит к полимеризации смолы до того, как будет достигнута оптимальная текучесть.

При сверлении отверстий главным условием является поддержание минимальной температуры разогрева сверла. Качество отверстий в большой степени зависит от остроты режущих кромок, поэтому рекомендуется использовать новые сверла ведущих фирм-производителей.

При сверлении материала TPG компании Taconic рекомендуется соблюдать следующие условия:

Перед подготовкой отверстий в плазме следует тщательно удалить все отходы сверления из отверстий. Удаление мусора из отверстий малого диаметра осуществляется под давлением воздухом или водой. При этом следует избегать повреждения шины. При использовании воды перед подготовкой отверстий печатные платы необходимо сушить в течение 1 часа при температуре 120°С для полного удаления влаги.

Компания Taconic не рекомендует для своих материалов устранять заусенцы, т.к. это приводит к деформации ламината. Для предотвращения появления заусенцев следует оптимизировать параметры и режимы сверления без использования механической обработки.

Еще одной проблемой при сверлении отверстий является образование нитей, выступающих из стенок отверстий. Из-за того, что диэлектрическая основа ТРG (фторопласт) является достаточно мягким материалом, часть нитей не обрезается при сверлении, а вминается в материал основы, а после выхода сверла выпрямляется, образуя нечто подобное щетки на стенках отверстия.

Минимизация этого эффекта также требует подбора оптимальных режимов сверления. Кроме того, рекомендуется использовать сверло несколько большего диаметра, чтобы компенсировать уменьшение диаметра готового отверстия (особенно монтажного) из-за увеличения толщины металлизации на неровностях стенок отверстия.

Необходимо обеспечить максимальный вакуум и давление прижима не менее 400 psi. Интервал между сверлениями 1 сек.

Свойства материала на входе и выходе отверстия очень критичны. PTFE разогревается и наплывы оседают на поверхности сверла. Гетинакс, используемый в качестве подкладок при сверлении - чистит поверхность сверла.

Испытания показали, что качество стенок отверстий будет хорошее, если обеспечивать охлаждение сверла. Для охлаждения достаточна пауза между очередными сверлениями в течение 1 с – более длительное время не улучшает качество отверстий.

Существует два метода подготовки отверстий к процессу металлизации.

Первый метод – химическая обработка с помощью растворов, содержащих натрий, который удаляет атомы фтора из молекул PTFE. Это способ используется довольно часто; он допускает длительное хранение обработанных отверстий, обеспечивает высокую скорость и полное покрытие поверхности. Однако для обработки отверстий малого диаметра требуется применение дополнительного оборудования.

Второй метод – плазменная обработка. При правильном подборе газов и режимов плазма обеспечивает металлизацию PTFE-смолы. Опыт показывает, что водород и азот образуют оптимальную смесь газов. Можно применять также гелий. Преимущество плазменной обработки в ее экономичности. Недостатком является сравнительно длительный процесс обработки (35…60 мин) и короткое время хранения обработанных отверстий (4…24 час).

Материал TPG содержит также термореактивную смолу в качестве связующего агента, что требует кроме обработки PTFE проводить дополнительную очистку.

Для этого также применяют два метода.

Первый метод – обработка плат в перманганатном растворе, который растворяет смолу.

Второй метод – также плазменная обработка. Процесс обработки PTFE не затрагивает ВТ и эпоксидную смолу и наоборот. Поэтому можно вначале обработать ВТ/ эпоксидную смолу, а затем PTFE.

В комбинированных многослойных печатных плат, где сочетаются слои материала компании Taconic и FR4, можно использовать перманганатную обработку отверстий с последующей щелочной обработкой.

Компания Taconic рекомендует следующий порядок обработки стенок отверстий.

1. Очистка отверстий перед обработкой (с помощью воды или воздуха). Если используется водная очистка, необходима сушка плат при 105°С в течение 1 час.

2. Удаление эпоксидных замазываний с помощью плазменной обработки, используя стандартную мощность и набор газов. Процесс проводится 15-мин циклами, чтобы избежать перегрева.

3. Дополнительная плазменная обработка PTFE в смеси 30…70% водорода и 70…30% азота. В случае отсутствия водорода, хорошие результаты можно получить, используя 100% гелий. Мощность должна составлять 60…75% от максимальной мощности. Время обработки 30…60 мин в зависимости от диаметра и числа отверстий, а также толщины платы. При больших соотношениях толщины платы к диаметру отверстия требуется более длительный процесс.

После подготовки стенок отверстий материал компании Taconic обычно металлизируется с помощью химического меднения или прямой металлизацией

Из-за мягкости материала компании Taconic механическая обработка плат на его основе обычно более сложна, чем плат из обычного стеклотекстолита.

Для оценки технологических возможностей изготовления СВЧ многослойных печатных плат высокой плотности монтажа с использованием ВЧ-материала TPG фирмы Taconic были разработаны специальные тест-платы.

Тест-платы ТПТ предназначены для отработки следующих технологических операций: изготовления рисунка с шириной проводников и зазоров 0,125 мм; 0,1 мм; 0,075 мм; и 0,05 мм; сверления отверстий диаметром от 0,2 мм; прессования многослойных пакетов; металлизации отверстий с диаметрами 0,2мм; 0,5мм; и 0,75мм; финишного покрытия проводников.

Рисунок тест-платы является универсальным, предназначенным как для двухслойных печатных плат (2-сторонней платы) без отверстий, так и с металлизацией отверстий, а также для 4-слойной многослойных печатных плат. Наружные слои 4-слойной тест-платы (ТПТ-2) изготовлены аддитивным методом на металлическом носителе и припрессованы с носителей с помощью склеивающей прокладки диэлектрика TPG-30-0045 к заготовке 2-стороннего экранного слоя (слои 2 и 3), выполненного также по аддитивной технологии с использованием препрега FR-4 DE117 ML (см. рис. 8 ).

Технические характеристики тест-платы: размер тест-платы 100 х 80 мм (98,5 х 78,5 мм); ширина проводники и зазоры: 0,125 мм; 0,1мм; 0,075 мм; 0,050 мм с допуском на ширину проводников ±10%; металлизированные отверстия: диаметр сверла 0,25 мм с контактной площадкой (КП ) диаметром 0,5 мм; диаметр сверла 0,5 мм с КП = 0,8 мм; диаметр сверла 0,75 мм с КП = 1,1 мм.

На заготовке размером 420 х 310 мм (рабочее поле ≈ 200 х 240 мм) расположены 4 тест-платы размером 100 х 80 мм (98,5 х 78,5 мм) и 4 тест-купона размером 210 х 20 (17) мм, предназначенных для контроля волновых сопротивлений открытых полосковых линий, расположенных на 1-м слое для двухслойных печатных плат, а также на 1-м и 4-м слое для многослойных печатных плат. Тест-купон для контроля волновых сопротивлений: Т1 – для проводников шириной 0,125 мм; Т2 – для проводников шириной 0,1 мм; Т3 – для проводников шириной 0,075 мм; Т4 – для проводников шириной 0,05 мм.

Для изготовления высокопрецизионных внутренних слоев тест-плат для систем в корпусе была отработана методика дифференциального травления слоев с тонкой шиной (4…5 мкм) без металлорезиста. Прецизионное травление производилось на глубину 5…6 мкм. Подтравливание запрессованного рисунка схемы составило не более 2…3 мкм, а общая толщина проводников оставалась на уровне 30…35 мкм (см. рис. 9, 10), при номинальной ширине линий 0, 05 и 0, 075 мм. (см. рис. 11, 12).

Рис. 9. Поперечный разрез шлейфа проводников с параметром линия/зазор – 75\75 мкм, выполненных аддитивным методом.

Рис. 10. Поперечный разрез шлейфа проводников с параметром линия/зазор – 50\50 мкм, выполненных аддитивным методом.

Рис. 11. Шлейф проводники с параметром линия/зазор – 75/75 мкм, выполненные аддитивным методом (вид сверху).

Рис. 12.Шлейф проводников с параметром линия/зазор – 50/50 мкм, выполненные аддитивным методом (вид сверху).

По разработанной технологии изготовлены тест-платы из материала Tamper TPG-40. Пример наружных слоев этих плат показан на рис. 13.

1. Использование метода полностью аддитивного формирования слоев позволяет изготавливать многослойных печатных плат с прецизионным рисунком слоев (ширина проводника/зазор 50/50 мкм и менее).

2. Получаемый этим методом рисунок печатной схемы имеет высокую точность по ширине и толщине (до ± 5 мкм). Проводники в поперечном сечении имеют прямоугольную форму.

3. Адгезия печатных элементов увеличена за счет запрессовки в диэлектрик.

4. Метод позволяет получать внутри многослойных печатных плат диэлектрик с различными свойствами за счет выбора типа препрега.

Читайте также: