Методы изготовления печатных плат: технология производства

В приборостроении и электронике в целом печатные платы выполняют ответственную роль носителей электрических межсоединений. От этой функции зависит качество работы устройства и его базовые эксплуатационные характеристики. Современные методы изготовления печатных плат ориентируются на возможности надежной интеграции элементной базы с высокой плотностью компоновки, что увеличивает рабочие качества изготавливаемой аппаратуры.

Общие сведения о печатных платах

Вам будет интересно:Явление помпажа двигателя самолета

Речь идет об изделиях на основе плоского изоляционного основания, конструкция которого имеет пазы, отверстия, вырезы и токопроводящие контуры. Последние используются для коммутации электрических устройств, часть из которых не входит в устройство платы как таковой, а другая часть размещается на ней в качестве локальных функциональных узлов. Важно подчеркнуть, что размещение вышеупомянутых конструкционных элементов, проводников и рабочих деталей изначально представляется в проекте изделия как четко продуманная электрическая схема. Для возможности будущей впайки новых элементов предусматривается металлизированные покрытия. Раньше для формирования таких покрытий использовалась технология медного осаждения. Это химическая операция, от применения которой на сегодняшний день отказались многие производители из-за использования вредных химикатов наподобие формальдегида. На ее смену пришли более экологичные методы изготовления печатных плат с прямой металлизацией. К преимуществам такого подхода можно отнести возможность качественной обработки толстых и двухсторонних плат.

Материалы для изготовления

Вам будет интересно:Производственные технологии: описание понятия, разработка, развитие, функции

Среди основных расходных материалов можно отметить диэлектрики (фольгированные или нефольгированные), металлические и керамические заготовки для основания платы, изоляционные прокладки из стеклоткани т. д. Ключевую роль в обеспечении необходимых эксплуатационных свойств изделия играют даже не столько базовые конструкционные материалы для основ, сколько наружные покрытия. Применяемый метод изготовления печатных плат, в частности, определяет требования к материалам склеивания прокладок и адгезивным покрытиям для улучшения сцепки поверхностей. Так, для склейки широко используются эпоксидные пропитки, а для защиты от внешних воздействий применяются полимерные лаковые составы и пленки. В качестве наполнителей для диэлектриков используют бумагу, стеклоткань и стекловолокно. При этом связующим компонентом выступают эпоксифенольные, фенольные и эпоксидные смолы.

Вам будет интересно:Себестоимость бензина: принципы ценообразования, примеры расчета

Технология изготовления односторонних печатных плат

Данная техника изготовления является одной из самых распространенных, так как требует минимальных ресурсных вложений и характеризуется относительно низким уровнем сложности. По этой причине ее массово используют в разных отраслях, где в принципе есть возможность организации работы автоматизированных конвейерных линий для печати и применения травления. К типовым операциям метода изготовления односторонних печатных плат относятся следующие:

• Подготовка основы. Производится резка листа заготовки под нужный формат путем механического раскроя или выштамповкой.
• Сформированный пакет с заготовками подается на вход производственной линии конвейера.
• Зачистка заготовок. Обычно выполняется посредством механической дезоксидации.
• Печать красок. По трафаретной технике наносятся технологические и маркировочные обозначения, устойчивые к травлению и отверждаемые под действием ультрафиолетового излучения.
• Травление фольги из меди.
• Снятие с краски защитного слоя.

Таким способом получают низкофункциональные, но дешевые платы. В качестве расходного сырья обычно используется бумажная основа – гетинакс. Если акцент делается на механической прочности изделия, то может использоваться и комбинация бумаги и стекла в виде улучшенного гетинакса марки CEM-1.

Субтрактивный метод изготовления

Контуры проводников по этой технике образуются в результате травления медной фольги по основанию защитного изображения в металлорезисте или фоторезисте. Существуют разные варианты реализации субтрактивной технологии, наиболее распространенный среди которых предполагает использование пленочного сухого фоторезиста. Поэтому данный подход также называют фоторезистивным методом изготовления печатных плат, который имеет свои плюсы и недостатки. Способ достаточно простой и во многом универсальный, но на выходе из конвейера также получаются платы малой функциональности. Технологический процесс выглядит следующим образом:

• Подготавливается фольгированный диэлектрик.
• В результате операций наслаивания, экспонирования и проявления формируется защитный рисунок в фоторезисте.
• Процесс травления медной фольги.
• Снятие защитного рисунка в фоторезисте.

С помощью фотолитографии и фоторезиста на фольге создается защитная маска в виде рисунка проводников. После этого на открытых участках медной поверхности выполняется травление, а пленочный фоторезист удаляют.

В альтернативном варианте субтрактивного метода изготовления печатных плат производится наслаивание фоторезиста на фольгированный диэлектрик, который перед этим был подвергнут механической обработке с целью создания отверстий и предварительной металлизации толщиной до 6-7 мкм. На участках, не защищенных фоторезистом, последовательно производится вытравливание.

Аддитивная технология формирования печатных плат

Посредством этого способа можно формировать рисунки с проводниками и зазорами в диапазоне от 50 до 100 мкм по ширине и от 30 до 50 мкм в толщине. Применяется электрохимический подход с гальваническим селективным осаждением и точечным прессованием изоляционных элементов. Принципиальное отличие данного способа от субтрактивного заключается в том, что металлические проводники именно наносятся, а не вытравливаются. Но и аддитивные методы изготовления печатных плат имеют свои различия. В частности, их разделяют на чисто химические и гальванические способы. Чаще используется химический метод. В данном случае при образовании токопроводящих контуров на активных участках обеспечивается химическое восстановление металлических ионов. Скорость этого процесса составляет порядка 3 мкм/ч.

Позитивный комбинированный метод изготовления

Также этот метод называется полуаддитивным. В работе используются фольгированные диэлектрики, но меньшей толщины. Например, может применяться фольга от 5 до 18 мкм. Далее формирование проводникового рисунка производится по тем же моделям, но преимущественно с гальваническим осаждением меди. Ключевым отличием способа можно назвать использование фотошаблонов. Они задействуются при комбинированном позитивном методе изготовления печатных плат на этапе выполнения предварительной металлизации толщиной до 6 мкм. Это процедура так называемой гальванической затяжки, при которой выполняется нанесение и экспонирование фоторезистивного элемента через фотошаблон.

Преимущества комбинированного способа изготовления плат

Данная технология позволяет формировать элементы рисунка с повышенной точностью. Например, при позитивном методе изготовления печатных плат на фольгированном расходнике толщиной до 10 мкм можно получить разрешение проводников до 75 мкм. Вместе с высоким качеством диэлеткрических контуров также обеспечивается и более эффективная изоляция поверхности с хорошей адгезивной способностью печатной основы.

Метод попарного прессования

Технология базируется на методике выполнения межслойных контактов с помощью металлизированных отверстий. В процессе формирования рисунка проводников используется последовательная подготовка сегментов будущей основы. На этом этапе задействуется полуаддитивный метод изготовления печатных плат, после чего из подготовленных ядер компонуется многослойный пакет. Между сегментами размещается специальная подкладка из стеклоткани, обработанной эпоксидными смолами. Данный состав при сдавливании может вытекать, заполняя металлизированные отверстия и обеспечивая защиту гальванического покрытия от химического воздействия при выполнении дальнейших технологических операций.

Метод послойного наращивания печатных плат

Еще один способ, который основывается на применении нескольких сегментов печатных основ для формирования сложной функциональной структуры. Суть метода заключается в последовательном наложении слоев изоляции с проводниками. При этом необходимо обеспечивать и надежные контакты между соседними пластами, что обеспечивается гальваническим медным наращиванием в зонах с изоляционными отверстиями. Среди достоинств этого метода изготовления многослойных печатных плат можно отметить высокую плотность компоновки функциональных элементов с возможностью компактной сборки в будущем. Причем эти качества сохраняются на всех слоях структуры. Но есть и недостатки этого метода, главный из которых заключается в механическом давлении на предыдущие слои при накладке последующего. По этой причине технология ограничивается в максимально допустимом количестве применяемых слоев – до 12.

Заключение

По мере повышения требований к технико-эксплуатационным характеристикам современной электроники неизбежно наращивается и технологический потенциал в инструментариях самих производителей. Платформой для реализации новых идей зачастую выступает как раз печатная плата. Комбинированный метод изготовления данного элемента показывает уровень современных возможностей производства, благодаря которым разработчики могут выпускать ультрасложные радиокомпоненты с уникальной конфигурацией. Другое дело, что не всегда концепция послойного наращивания себя оправдывает на практике применения в простейшей радиотехнике, поэтому на серийное изготовление таких плат пока переходят лишь немногие компании. Тем более что сохраняется и спрос на простые схемы с односторонней конструкцией и применением дешевых расходников.

Источник