Изучение технологии изготовления печатных плат с высокой плотностью коммутации

Изучение технологии изготовления
печатных плат с высокой плотностью коммутации.


Цель работы – ознакомление с конструкторско-технологическими разновидностями печатных плат, технологическими процессами их изготовления и со спецификой их автоматизированного производства; приобретение практических навыков изготовления печатных плат по субтрактивной технологии в лабораторных условиях.


Продолжительность работы – 4 часа.


Теоретические сведения.


Конструкторско-технологические разновидности
печатных плат

Печатная плата (ПП) является не только несущим конструктивом электронного устройства, но и коммутационным узлом, обеспечивающим электрическое соединение навесных компонентов в единый функциональный узел, их механическое крепление, а также теплоотвод при эксплуатации изделия. Классифицируют ПП обычно по конструкторско-технологическим особенностям их реализации, иногда по разновидности основных применяемых материалов (например, изоляционного основания платы и др.), либо по наиболее характерному технологическому этапу в общем процессе производства плат, либо по функциональному назначению устройств с их применением и др. Так в зависимости от числа коммутационных слоев (уровней коммутации или слоев металлической разводки) различают ПП односторонние (ОПП), двусторонние (ДПП) и многослойные или многоуровневые (МПП). В зависимости от степени жесткости (или гибкости) изоляционного основания плат различают жесткие и гибкие ПП (МПП), а также комбинированные, т.е. жестко-гибкие (или гибко-жесткие) ПП. Если в основу классификации положен такой признак, как материал несущего основания платы, то различают ПП на диэлектрическом основании (например, стеклотекстолитовые, керамические, полиимидные, пластмассовые и др.), на металлическом основании (стальные, алюминиевые или из алюминиевых сплавов, на основе медь-инвар-медь и др.), на полупроводниковом основании (например, кремниевые), а также гетерослойные (стеклотекстолит-полиимид, полиимид-алюминий, керамика-полиимид и др.). По особенностям формирования основания ПП могут быть плоскими, рельефными, либо объемными; по плотности коммутирующих элементов и типу конструкции используемых навесных компонентов различают платы для традиционного монтажа* и для поверхностного монтажа**; по функциональному назначению различают ПП для мощных устройств, мощных СВЧ устройств, цифровых быстродействующих устройств, устройств измерительной техники и т.п. Самую многочисленную классификационную группу ПП представляют их конструкторско-технологические разновидности (около 200 разновидностей). Платы, в которых коммутирующими элементами являются не только печатные проводники, но и объемные провода, называются печатно-проводными (ППП).

Обычно в платах создаются отверстия, имеющие разное назначение. Монтажные отверстия служат для установки в них и монтажа навесных компонентов; переходные – для межслойной коммутации; базовые (фиксирующие) – для ориентации и фиксации плат при технологической обработке, для сборки в пакет и т.д.; технологические – для тестирования, теплоотвода и других целей. Иногда, если это предусмотрено конструкцией ПП, некоторые функции, выполняемые отверстиями, могут быть совмещены, например межслойная коммутация и монтаж навесных компонентов.
* - у ПП для традиционного монтажа плотность монтажа характеризуется шириной и шагом коммутирующих элементов 1,25 мм и более, а также конструкцией используемых навесных компонентов, пригодный для монтажа в отверстиях плат.
** - ПП для поверхностного (высокоплотного) монтажа (обычно называемые коммутационными платами (КП)) с шириной и шагом коммутационных элементов 1,25 мм и менее требуют применения навесных компонентов в микрокорпусах, либо бескорпусных, в том числе на лентах-носителях. Такие платы отличаются также применением более прецизионных технологий производства.
Наиболее простыми по конструкции и технологии изготовления являются ОПП обычно без металлизированных, но иногда и с металлизированными отверстиями. В связи с ограниченной площадью размещения рисунка схемы такие платы применяются для простых электронных устройств бытового и вспомогательного назначения.
ДПП с обеих сторон основания, как правило, диэлектрического, имеют проводящие рисунки, соединенные между собой в необходимых местах с помощью металлизированных отверстий и контактных площадок. Такие платы применяют для изготовления более сложных изделий. Пока менее распространены ДПП на металлическом основании с нанесенным на него диэлектрическим покрытием из стекла, либо стеклоэмали или лака (например, полиимидного).
МПП состоят из чередующихся слоев изоляционных и токопроводящих материалов, сформированных в соответствии с топологией для каждого слоя. Между различными коммутационными слоями МПП, как правило, формируют межслойные электрические соединения. Различия конструкторско-технологических вариантов МПП во многом связаны со способами соединения токопроводящих слоев между собой. Реализуются эти способы путем создания различных межслойных коммутационных переходов, например, через сквозные металлизированные отверстия в структуре платы; через металлизированные отверстия в отдельных слоях (глухих отверстиях) платы; через окна, сформированные фотолитографией либо трафаретной печатью; через неметаллизированные отверстия (сквозные и глухие) с помощью объемных проводящих деталей, полосок фольги, заполнения припоем разновысотных глухих отверстий с имеющимися на их дне открытыми контактными площадками и др. (рис. 1). Гибкие ПП имеют эластичное диэлектрическое основание и выполняются, как правило, двусторонними с металлизированными отверстиями и контактными площадками для пайки навесных компонентов. Многослойные ГПП обычно формируют на основе полиимидной пленки. Гибкие шлейфы состоят из одного или нескольких диэлектрических слоев, на которых размещаются печатные проводники. Гибкие плоские кабели состоят из 2 - 60 тонких проводников диаметром до 30 мкм, залитых или запрессованных в эластичную полимерную оболочку, например, полиэтиленовую, поливинилхлоридную, лавсановую и т.д., но нередко их изготавливают с применением диэлектрических оснований - пленок из аналогичных полимерных материалов и печатных проводников.

Жестко-гибкие конструкции ПП открывают новые возможности для монтажа электронных устройств, поскольку позволяют соединить друг с другом МГШ общим гибким слоем почти при любом их расположении без соединителей и электрического монтажа, в результате чего снижаются массогабаритные показатели изделия, исключаются ошибки при монтаже, сокращается время испытаний и ремонта, снижается стоимость сборки. Гибкий слой с коммутацией в этом случае является общим для двух соединяемых МПП и обязательно содержит пленочное защитное покрытие коммутации на соединительном участке.

Печатно-проводные платы представляют собой (см.рис.1,е) сочетание ДПП и монтажных проводов (в виде изолированных проводников диаметром 0,1-0,2 мм). Применение ППП целесообразно для сокращения сроков проектирования (примерно в два раза) и освоения сложной аппаратуры (для макетирования), а также иногда для мелкосерийного производства сложных изделий, поскольку стоимость ППП в сравнении с МПП для таких изделий сокращается на 20 - 40 %.
Рельефные платы отличаются от прочих тем, что их проводники формируют в канавках, предварительно изготовленных (на одной или двух поверхностях диэлектрического основания) в соответствии с топологией коммутирующих элементов (рис. 2). Материал проводника, находящийся вне канавок, обычно сошлифовывают. Данная конструкция плат может быть и многослойной, а их производство экологически более чистым, чем других ПП, при минимальной стоимости.

Объемные платы представляют собой монтажные узлы, в которых заглубленный (в объеме платы) монтаж навесных компонентов (обычно бескорпусных) осуществляется одновременно (либо последовательно) с формированием коммутирующих элементов. Диэлектрическое основание таких плат чаще всего содержит углубления для посадки и крепления в них компонентов. Электрическое соединение компонентов иногда осуществляется в процессе формирования коммутирующих элементов (рис. 3).