Matériaux de circuits imprimés. Matériaux pour la fabrication de cartes de circuits imprimés Matériaux pour la fabrication de cartes de circuits imprimés électroniques

Des diélectriques en feuille et non feuilletés (getinax, textolite, fibre de verre, fibre de verre, lavsan, polyamide, fluoroplastique, etc.), des matériaux céramiques, des plaques métalliques, un matériau de rembourrage isolant (préimprégné) sont utilisés comme base.

Les diélectriques recouverts d'une feuille sont des substrats isolants électriques, généralement recouverts d'une feuille de cuivre électrolytique avec une couche oxydée résistante à la galvanisation adjacente au substrat isolant électrique. Selon l'usage, les diélectriques revêtus d'une feuille peuvent être à un ou deux côtés et avoir une épaisseur de 0,06 à 3,0 mm.

Les diélectriques sans feuille destinés aux méthodes de fabrication semi-additive et additive de panneaux ont une couche adhésive spécialement appliquée sur la surface, qui sert à une meilleure adhérence du cuivre déposé chimiquement au diélectrique.

Les embases en PP sont constituées d'un matériau qui adhère bien au métal des conducteurs ; avoir une constante diélectrique non supérieure à 7 et une petite tangente de l'angle des pertes diélectriques; avoir une résistance mécanique et électrique suffisamment élevée ; permettre la possibilité de traitement par découpage, poinçonnage et perçage sans formation de copeaux, de fissures et de délaminage du diélectrique; conservent leurs propriétés lorsqu'ils sont exposés à des facteurs climatiques, ont une ininflammabilité et une résistance au feu; ont une faible absorption d'eau, un faible coefficient thermique de dilatation linéaire, une planéité, ainsi qu'une résistance aux environnements agressifs lors du processus de création d'un motif de circuit et de soudure.

Les matériaux de base sont des plaques pressées stratifiées imprégnées de résine artificielle et éventuellement revêtues sur une ou deux faces d'une feuille de cuivre électrolytique. Les diélectriques en feuille sont utilisés dans les méthodes soustractives de fabrication de PCB, les non-feuilletés - dans les additifs et semi-additifs. L'épaisseur de la couche conductrice peut être de 5, 9, 12, 18, 35, 50, 70 et 100 microns.

En production, des matériaux sont utilisés, par exemple, pour l'OPP et le DPP - feuille de feuille de verre stratifiée des marques SF-1-50 et SF-2-50 avec une épaisseur de feuille de cuivre de 50 microns et une épaisseur intrinsèque de 0,5 à 3,0 mm ; pour MPP - feuille de stratifié de fibre de verre gravé FTS-1-18A et FTS-2-18A avec une épaisseur de feuille de cuivre de 18 microns et une épaisseur intrinsèque de 0,1 à 0,5 mm ; pour GPP et GPK - lavsan LF-1 revêtu d'une feuille avec une épaisseur de feuille de cuivre de 35 ou 50 microns et une épaisseur intrinsèque de 0,05 à 0,1 mm.

Par rapport aux getinaks, les stratifiés en fibre de verre ont une meilleure mécanique et Caractéristiques électriques, résistance à la chaleur plus élevée, moins d'absorption d'humidité. Cependant, ils présentent un certain nombre d'inconvénients, par exemple une faible résistance à la chaleur par rapport aux polyamides, ce qui contribue à la contamination par la résine des extrémités des couches internes lors du perçage des trous.

Pour la fabrication de PCB garantissant une transmission fiable des impulsions nanosecondes, il est nécessaire d'utiliser des matériaux aux propriétés diélectriques améliorées, notamment des PCB constitués de matériaux organiques avec une constante diélectrique relative inférieure à 3,5.

Pour la fabrication de PCB exploités dans des conditions de risque d'incendie accru, des matériaux résistants au feu sont utilisés, par exemple des stectotextolites des marques SONF, STNF, SFVN, STF.

Pour la fabrication de HPC, résistant à plusieurs coudes 90 dans les deux sens à partir de la position initiale avec un rayon de 3 mm, du lavsan et du fluoroplastique revêtus d'une feuille sont utilisés. Les matériaux avec une épaisseur de feuille de 5 microns permettent de fabriquer des PCB des 4e et 5e classes de précision.

Un matériau de rembourrage isolant est utilisé pour le collage des couches de PP. Ils sont constitués de toile de verre imprégnée de résine époxy thermodurcissable non polymérisée avec un revêtement adhésif appliqué sur les deux faces.

Pour protéger la surface du PP et du HPC des influences extérieures, des vernis de protection polymères et des films de revêtement de protection sont utilisés.

Les matériaux céramiques se caractérisent par des paramètres électriques et géométriques stables ; résistance mécanique élevée stable sur une large plage de températures; conductivité thermique élevée; faible absorption d'humidité. Les inconvénients sont un cycle de fabrication long, un retrait important du matériau, une fragilité, un coût élevé, etc.

Les bases métalliques sont utilisées dans les PCB chargés thermiquement pour améliorer l'évacuation de la chaleur des circuits intégrés et ERE dans EA avec une charge de courant élevée, fonctionnant à des températures élevées, ainsi que pour augmenter la rigidité des PCB fabriqués sur des bases minces ; ils sont fabriqués à partir d'aluminium, de titane, d'acier et de cuivre.

Pour les circuits imprimés avec une densité de montage élevée et avec des microvias, des matériaux adaptés au traitement laser sont utilisés. Ces matériaux peuvent être divisés en deux groupes :

1. Matériaux de verre non tissés renforcés et préimprégnés (matériau composite à base de tissus, papier, fibres continues, imprégnés de résine à l'état cru) avec une géométrie et une répartition du fil données ; Matières organiques avec un arrangement de fibres non orientées Preprig pour la technologie laser a un tissu de verre plus mince dans l'axe Z par rapport au tissu de verre standard.

2. Matériaux non renforcés (feuille de cuivre enduite de résine, résine polymérisée), diélectriques liquides et diélectriques enduits d'un film sec.

Parmi les autres matériaux utilisés dans la fabrication de cartes de circuits imprimés, le nickel et l'argent sont les plus largement utilisés comme réserve métallique, pour le brasage et le soudage. En outre, un certain nombre d'autres métaux et alliages sont utilisés (par exemple, étain - bismuth, étain - indium, étain - nickel, etc.), dont le but est de fournir une protection sélective ou une faible résistance de contact, d'améliorer les conditions de soudage. Les revêtements supplémentaires qui augmentent la conductivité électrique des conducteurs imprimés, dans la plupart des cas, sont réalisés par dépôt galvanique, moins souvent par des méthodes de métallisation sous vide et d'étamage à chaud.

Jusqu'à récemment, les diélectriques revêtus d'une feuille à base de résines époxy-phénoliques, ainsi que les diélectriques à base de résines polyimides utilisés dans certains cas, répondaient aux exigences de base des fabricants de cartes de circuits imprimés. La nécessité d'améliorer l'évacuation de la chaleur des circuits intégrés et des LSI, les exigences de faible constante diélectrique du matériau de la carte pour les circuits à grande vitesse, l'importance de faire correspondre les coefficients de dilatation thermique du matériau de la carte, des boîtiers de circuits intégrés et des supports de cristal, adoption généralisée méthodes modernes l'installation a conduit à la nécessité de développer de nouveaux matériaux. Large application dans conceptions modernes moyens techniques Les ordinateurs trouvent le MPP à base de céramique. L'utilisation de substrats céramiques pour la fabrication de cartes de circuits imprimés est principalement due à l'utilisation de méthodes à haute température pour créer un motif conducteur avec une largeur de ligne minimale, mais d'autres avantages de la céramique sont également utilisés (bonne conductivité thermique, correspondant au coefficient de dilatation thermique avec les boîtiers et supports de circuits intégrés, etc.). La technologie des couches épaisses est la plus largement utilisée dans la fabrication de MPP en céramique.

Dans les substrats céramiques, les oxydes d'aluminium et de béryllium, ainsi que le nitrure d'aluminium et le carbure de silicium sont largement utilisés comme matières premières.

Le principal inconvénient des panneaux en céramique est leur taille limitée (généralement pas plus de 150x150 mm), qui est principalement due à la fragilité de la céramique, ainsi qu'à la difficulté d'atteindre la qualité requise.

La formation du motif conducteur (conducteurs) est réalisée par sérigraphie. Des pâtes constituées de poudres métalliques, d'un liant organique et de verre sont utilisées comme matériaux conducteurs dans les panneaux en céramique de type substrat. Pour les pâtes conductrices, qui doivent avoir une bonne adhérence, la capacité de résister à des traitements thermiques répétés, et une faible résistivité électrique, on utilise des poudres de métaux nobles : platine, or, argent. Des facteurs économiques imposent également l'utilisation de pâtes à base de compositions : palladium - or, platine - argent, palladium - argent, etc.

Les pâtes isolantes sont fabriquées à base de verres cristallisants, de ciments verre-cristallins, de vitrocéramiques. Les pâtes à base de poudres de métaux réfractaires: tungstène, molybdène, etc. , le carbure de silicium et le nitrure d'aluminium sont utilisés.

Les substrats métalliques rigides à revêtement diélectrique sont caractérisés (comme la céramique) par la cuisson à haute température de pâtes à couche épaisse à base de verres et d'émaux dans le substrat. Caractéristiques des cartes sur une base métallique - augmentation de la conductivité thermique, de la résistance structurelle et des limitations de vitesse en raison de la forte connexion des conducteurs avec la base métallique.

Les plaques en acier, cuivre, titane, recouvertes de résine ou de verre à bas point de fusion sont largement utilisées. Cependant, le plus parfait en terme d'ensemble d'indications est l'aluminium anodisé et ses alliages avec une couche d'oxyde assez épaisse. L'aluminium anodisé est également utilisé pour les circuits imprimés multicouches à couche mince.

L'utilisation d'embases à structure composite complexe, incluant des espaceurs métalliques, ainsi que d'embases en thermoplastiques, est prometteuse pour une utilisation dans les circuits imprimés.

Les bases en fibre de verre PTFE sont utilisées dans les circuits à grande vitesse. Diverses bases composites en « kevlar et quartz » ainsi qu'en cuivre - invar - cuivre sont utilisées dans les cas où il est nécessaire d'avoir un coefficient de dilatation thermique proche de celui de l'oxyde d'aluminium, par exemple, dans le cas du montage de divers cristal céramiques supports (microcases) sur une planche. Les substrats complexes à base de polyimide sont principalement utilisés dans les circuits haute puissance ou les applications de cartes de circuits imprimés à haute température.

Les propriétés physiques et mécaniques des matériaux doivent répondre aux spécifications établies et assurer une fabrication de haute qualité du PP conformément à la norme TP. Pour la fabrication de panneaux, des plastiques stratifiés sont utilisés - des diélectriques en feuille revêtus d'une feuille de cuivre électrolytique d'une épaisseur de 5, 20, 35, 50, 70 et 105 microns avec une pureté de cuivre d'au moins 99,5%, une rugosité de surface d'au moins 0,4-0,5 microns, qui sont fournis sous forme de feuilles de dimensions 500 × 700 mm et d'une épaisseur de 0,06 à 3 mm. Les plastiques stratifiés doivent avoir une résistance chimique et thermique élevée, une absorption d'humidité ne dépassant pas 0,2 à 0,8 % et résister aux chocs thermiques (260 ° C) pendant 5 à 20 s. Résistance de surface des diélectriques à 40° et humidité relative 93% pendant 4 jours. doit être d'au moins 10 4 MOhm. La résistance volumique spécifique du diélectrique est d'au moins 5 · 10 11 Ohm · cm. La force d'adhérence de la feuille à la base (bande de 3 mm de large) est de 12 à 15 MPa. Comme base dans les plastiques laminés, utilisez getinax , qui est constitué de couches pressées de papier isolant électrique imprégné de résine phénolique, de stratifiés de fibres de verre - des couches pressées de tissu de verre imprégnées de résine époxy phénolique et d'autres matériaux (tableau 2.1).

Tableau 2.1. Matériaux de base pour la fabrication de planches.

Getinaks, possédant des propriétés d'isolation électrique satisfaisantes dans des conditions climatiques normales, une bonne maniabilité et un faible coût, a trouvé une application dans la production d'équipements électroniques domestiques. Pour les PCB fonctionnant dans des conditions climatiques difficiles avec une large plage de températures de fonctionnement (- 60 ... + 180 ° C) dans le cadre d'équipements informatiques électroniques, de technologies de communication, d'équipements de mesure, des textolites de verre plus chers sont utilisés. Ils se distinguent par une large plage de températures de fonctionnement, basses (0,2 - 0,8 %) absorption d'eau, valeurs élevées de résistance volumétrique et de surface, résistance au gauchissement. Inconvénients - la possibilité de décoller la feuille lors d'un choc thermique, enveloppant la résine lors du perçage des trous. L'augmentation de la résistance au feu des diélectriques (GPF, GPFV, SPNF, STNF) utilisés dans les alimentations est obtenue en introduisant des retardateurs de flamme dans leur composition (par exemple, le tétrabromodiphénylpropane).

Pour la fabrication de diélectriques recouverts d'une feuille, on utilise principalement une feuille de cuivre électrolytique, dont un côté doit avoir une surface lisse (pas inférieure au huitième degré de propreté) pour assurer une reproduction précise du circuit imprimé, et l'autre doit être rugueux avec une hauteur de microrugosité d'au moins 3 microns pour une bonne adhérence au diélectrique. Pour cela, la feuille est soumise à une oxydation électrochimique dans une solution d'hydroxyde de sodium. Le déjouage des diélectriques est réalisé par pressage à une température de 160 - 180 ° C et une pression de 5 - 15 MPa.

Les matériaux céramiques se caractérisent par une résistance mécanique élevée, qui change de manière insignifiante dans la plage de températures de 20 à 700 ° C, une stabilité des paramètres électriques et géométriques, une faible absorption d'eau (jusqu'à 0,2%) et un dégagement de gaz lorsqu'ils sont chauffés sous vide. sont fragiles et ont un coût élevé.

L'acier et l'aluminium sont utilisés comme base métallique des panneaux. Sur des bases en acier, l'isolation des sections conductrices est réalisée à l'aide d'émaux spéciaux, qui comprennent des oxydes de magnésium, de calcium, de silicium, de bore, d'aluminium ou leurs mélanges, un liant (chlorure de polyvinyle, acétate de polyvinyle ou méthacrylate de méthyle) et un plastifiant . Le film est appliqué sur le support par roulage entre rouleaux suivi d'une cuisson. Une couche isolante d'une épaisseur de quelques dizaines à plusieurs centaines de micromètres avec une résistance d'isolement de 10 2 - 10 3 MΩ sur la surface de l'aluminium est obtenue par oxydation anodique. La conductivité thermique de l'aluminium anodisé est de 200 W/(m K), et celle de l'acier est de 40 W/(m K). Des polymères non polaires (plastique fluoré, polyéthylène, polypropylène) et polaires (polystyrène, oxyde de polyphénylène) sont utilisés comme base pour le PP dans le domaine des micro-ondes. Des matériaux céramiques aux caractéristiques électriques et aux paramètres géométriques stables sont également utilisés pour la fabrication de microcartes et de micro-assemblages dans le domaine des micro-ondes.

Le film de polyamide est utilisé pour la fabrication de panneaux flexibles à haute résistance à la traction, aux produits chimiques et au feu. Il a la stabilité de température la plus élevée parmi les polymères, car il ne perd pas sa flexibilité des températures de l'azote liquide aux températures de la soudure eutectique du silicium avec de l'or (400 ° C). De plus, il se caractérise par un faible dégagement de gaz sous vide, une résistance aux radiations et l'absence de revêtement pendant le forage. Inconvénients - absorption d'eau accrue et coût élevé.

Formation du dessin du circuit.

Le dessin d'un circuit ou d'un relief de protection de la configuration requise est nécessaire lors de la réalisation des procédés de métallisation et de gravure. Le dessin doit avoir des limites claires avec une reproduction précise des lignes fines, être résistant aux solutions de gravure, ne pas contaminer les cartes et les électrolytes, et être facilement retiré après avoir exécuté ses fonctions. Le transfert du motif de câblage imprimé sur le diélectrique en feuille est effectué par les méthodes de sérigraphie, d'impression offset et d'impression photo. Le choix de la méthode dépend de la conception de la carte, de la précision et de la densité de montage requises et de la production en série.

Méthode de maillage dessiner un schéma est le plus rentable pour la production en série et à grande échelle de cartes avec une largeur minimale de conducteurs et une distance entre eux > 0,5 mm, précision de reproduction d'image ± 0,1 mm. L'essentiel est d'appliquer une peinture spéciale résistante aux acides sur la planche en la forçant avec une spatule en caoutchouc (raclette) à travers un pochoir en maille, dans lequel le motif requis est formé par des mailles ouvertes (Fig. 2.4).

Pour la fabrication de pochoirs, on utilise des treillis métalliques en acier inoxydable avec une épaisseur de fil de 30-50 microns et une fréquence de tissage de 60-160 fils par cm, de la fibre de nylon métallisée, qui a une meilleure élasticité, avec une épaisseur de fil de 40 microns et une fréquence de tissage jusqu'à 200 fils par 1 cm, ainsi qu'à partir de fibres de polyester et de nylon

L'un des inconvénients des mailles est qu'elles s'étirent avec une utilisation répétée. Les mailles les plus durables sont en acier inoxydable (jusqu'à 20 000 impressions), en plastique métallisé (12 000), en fibres de polyester (jusqu'à 10 000), en nylon (5 000).

Riz. 2.4. Principe de la sérigraphie.

1 - raclette; 2 - pochoir; 3 - peinture; 4 - socle.

Une image sur une grille est obtenue en exposant une résine photosensible liquide ou sèche (film), après le développement de laquelle des cellules de grille ouvertes (sans motif) sont formées. Le pochoir dans le cadre graphique quadrillé est installé avec un écart de 0,5 à 2 mm de la surface du panneau de sorte que le contact de la grille avec la surface du panneau se fasse uniquement dans la zone où la raclette appuie sur la grille. La raclette est une bande de caoutchouc rectangulaire affûtée installée par rapport au substrat à un angle de 60 à 70 °.

Pour obtenir un motif PP, des peintures thermodurcissables CT 3.5 sont utilisées ;

CT 3.12, qui sont séchés soit à l'étuve à une température de 60°C pendant 40 minutes, soit à l'air pendant 6 heures, ce qui allonge le processus de sérigraphie. Plus technologiques sont les compositions photopolymères EP-918 et FKP-TZ avec durcissement aux ultraviolets pendant 10-15 s, ce qui est un facteur décisif dans l'automatisation du processus. Avec une seule application, un revêtement vert a une épaisseur de 15-25 microns, reproduit un motif avec une largeur de ligne et des espaces allant jusqu'à 0,25 mm, résiste à l'immersion dans la fusion de soudure POS-61 à une température de 260 ° C jusqu'à à 10 s, exposition à un mélange alcool-essence jusqu'à 5 minutes et cyclage thermique dans la plage de température de - 60 à +120° С. Après avoir dessiné le motif, la planche est séchée à une température de 60 ° C pendant 5 à 8 minutes, la qualité est contrôlée et, si nécessaire, retouchée. Le retrait du masque de protection après gravure ou métallisation est effectué par une méthode chimique dans une solution d'hydroxyde de sodium à 5 % pendant 10 à 20 s.

Languette. 2.2. Matériel de sérigraphie.

Pour la sérigraphie, des équipements semi-automatiques et automatiques sont utilisés, qui diffèrent par le format d'impression et la productivité (tableau 2.2). Des lignes automatiques pour les entreprises de sérigraphie Chemcut (USA), Resco (Italie) disposent de systèmes automatiques pour l'alimentation et l'installation des planches, le déplacement de la raclette et l'alimentation de la résine. Pour sécher la résine, le type tunnel d'impression infrarouge est utilisé.

Impression offset utilisé pour la production à grande échelle de PCB avec une petite nomenclature de schémas. La résolution est de 0,5 à 1 mm, la précision de l'image résultante est de ± 0,2 mm. L'essence de la méthode est que la peinture est roulée dans un cliché qui porte une image d'un circuit (conducteurs imprimés, plots de contact). Ensuite, il est retiré avec un rouleau de blanchet recouvert de caoutchouc, transféré sur une base isolante et séché. Le cliché et la base de la planche sont situés l'un après l'autre sur la base de la machine d'impression offset (Fig.2.5)

Graphique 2.5. Schéma d'impression offset.

1 - rouleau décalé; 2 - clichés ; 3 - planche;

4 - rouleau pour appliquer la peinture; 5 - rouleau presseur.

La précision de l'impression et la netteté des contours sont déterminées par le parallélisme du rouleau et de la base, le type et la consistance de l'encre. Un nombre illimité d'impressions peut être réalisé avec un seul cliché. La productivité de la méthode est limitée par la durée du cycle oscillatoire (application d'encre - transfert) et ne dépasse pas 200 à 300 impressions par heure. Inconvénients de la méthode : la durée du processus de fabrication du cliché, la complexité de changer le motif du circuit, la difficulté d'obtenir des couches non poreuses, le coût élevé du matériel.

Méthode photographique dessiner un motif vous permet d'obtenir la largeur minimale des conducteurs et la distance entre eux de 0,1 à 0,15 mm avec une précision de reproduction allant jusqu'à 0,01 mm. D'un point de vue économique, cette méthode est moins rentable, mais elle permet d'obtenir la résolution maximale du motif et est donc utilisée en production à petite échelle et par lots dans la fabrication de panneaux haute densité et haute précision. . La méthode est basée sur l'utilisation de compositions photosensibles appelées photoresists qui doit avoir : une sensibilité élevée ; haute résolution; homogène sur toute la surface, une couche non poreuse avec une adhérence élevée au matériau du panneau; résistance chimique; simplicité de préparation, fiabilité et sécurité d'utilisation.

Les résines photosensibles sont classées comme négatives et positives. Photorésines négatives sous l'influence des rayonnements, ils forment des zones de protection du relief par photopolymérisation et durcissement. Les zones éclairées cessent de se dissoudre et restent à la surface du substrat. Photoréserves positives transférer le dessin du photomasque inchangé. Pendant le traitement léger, les zones exposées sont détruites et lavées.

Pour obtenir un schéma du circuit lors de l'utilisation d'une résine photosensible négative, l'exposition est effectuée par le négatif, le positif par le positif. Les résines photosensibles positives ont une résolution plus élevée en raison des différences d'absorption du rayonnement par la couche photosensible. La résolution de la couche est influencée par la courbure de diffraction de la lumière au bord de l'élément opaque du gabarit et la réflexion de la lumière du substrat (Fig.2.6, une).

Graphique 2.6. Exposition de la couche photosensible :

a - exposition; b - photoréserve négative ; c - photoréserve positive;

1 — diffraction; 2 - diffusion; 3 - réflexion; 4 - modèle ; 5 - résister; 6 - substrat.

Dans une résine photosensible négative, la diffraction ne joue pas un rôle notable, car le modèle est fermement pressé contre la résine, mais à la suite de la réflexion autour des zones de protection, un halo apparaît, ce qui réduit la résolution (Fig.2.6, b). Dans la couche de résine positive, sous l'influence de la diffraction, seule la région supérieure de la résine sous les zones opaques du photomasque sera détruite et délavée au cours du développement, ce qui aura peu d'effet sur les propriétés protectrices de la couche. La lumière réfléchie par le substrat peut provoquer une certaine destruction de la zone adjacente, mais le révélateur ne lave pas cette zone, car sous l'action des forces adhésives, la couche descendra, formant à nouveau un bord clair de l'image sans halo (Fig. 2.6, v).

Actuellement, l'industrie utilise des photoréserves liquides et sèches (film). Photorésines liquides- les solutions colloïdales de polymères synthétiques, notamment d'alcool polyvinylique (PVA). La présence du groupe hydroxyle OH dans chaque maillon de chaîne détermine l'hygroscopicité et la polarité élevées de l'alcool polyvinylique. Lorsque le dichromate d'ammonium est ajouté à une solution aqueuse de PVA, ce dernier est "détecté". La résine photosensible à base de PVA est appliquée sur la surface préalablement préparée du panneau en trempant la pièce, en arrosant, puis en centrifugant. Ensuite, les couches de résine photosensible sont séchées dans une étuve à circulation d'air à une température de 40 ° C pendant 30 à 40 min. Après exposition, la résine photosensible est développée dans de l'eau chaude. Pour augmenter la résistance chimique de la résine photosensible à base de PVA, un tannage chimique du motif PP dans une solution d'anhydride chromique est utilisé, puis un tannage thermique à une température de 120 ° C pendant 45 à 50 min. Le renforcement (retrait) de la résine photosensible est effectué pendant 3 à 6 s dans une solution de la composition suivante :

- 200-250 g/l d'acide oxalique,

- 50–80 g/l de chlorure de sodium,

- jusqu'à 1000 ml d'eau à une température de 20°C.

Avantages de la résine photosensible à base de PVA - faible toxicité et risque d'incendie, manifestation à l'aide d'eau. Ses inconvénients incluent l'effet du bronzage foncé (par conséquent, la durée de conservation des blancs avec la résine photosensible appliquée ne doit pas dépasser 3 à 6 heures), la faible résistance aux acides et aux alcalis, la difficulté à automatiser le processus d'obtention d'un motif, la pénibilité de la préparation de la résine photosensible, et faible sensibilité.

Une amélioration des propriétés des résines photosensibles liquides (suppression du tannage, augmentation de la résistance aux acides) est obtenue dans une résine photosensible à base de cinnamate. Le composant photosensible de ce type de résine photosensible est le cinnamate de polyvinyle (PVC), un produit de l'interaction de l'alcool polyvinylique et du chlorure d'acide cinnamique. Sa résolution est d'environ 500 lignes/mm, le développement est réalisé dans des solvants organiques - trichloroéthane, toluène, chlorobenzène. Les vibrations ultrasonores sont utilisées pour intensifier le processus de développement et de retrait de la résine photosensible PVT. La diffusion dans le champ ultrasonore est fortement accélérée en raison des microflux acoustiques, et les bulles de cavitation qui en résultent, lorsqu'elles s'effondrent, arrachent les sections de résine photosensible de la carte. Le temps de développement est réduit à 10 s, soit 5 à 8 fois par rapport à la technologie conventionnelle. Les inconvénients de la résine photosensible PVT incluent son coût élevé et l'utilisation de solvants organiques toxiques. Par conséquent, les résines PVC n'ont pas trouvé une large application dans la fabrication de PCB, mais sont principalement utilisées dans la fabrication de circuits intégrés.

Les résines photosensibles à base de composés diazo sont principalement utilisées comme positives. La photosensibilité des composés diazo est due à la présence en eux de groupes constitués de deux atomes d'azote N 2 (Fig. 2.7).

Graphique 2.7. Liaisons moléculaires dans la structure des composés diazo.

Le séchage de la couche de résine photosensible s'effectue en deux étapes :

- à une température de 20 ° C pendant 15 à 20 minutes pour l'évaporation des composants hautement volatils;

- dans un thermostat avec circulation d'air à une température de 80 ° C pendant 30 à 40 minutes.

Les révélateurs sont des solutions de phosphate trisodique, de soude, d'alcalis faibles. Les photoresists FP-383, FN-11 à base de composés diazo ont une résolution de 350 à 400 lignes / mm, une résistance chimique élevée, mais leur coût est élevé.

Photoréserves à film sec Les grades Riston ont été développés pour la première fois en 1968 par Du Pont (USA) et ont une épaisseur de 18 µm (rouge), 45 µm (bleu) et 72 µm (rubis). Le photoresist à film sec de la marque SPF-2 est produit depuis 1975 avec une épaisseur de 20, 40 et 60 microns et est un polymère à base de polyméthacrylate de méthyle 2 (Figure 2.8), situé entre le polyéthylène 3 et lavsan/films de 25 microns d'épaisseur chacun.

Graphique 2.8. Structure photorésistante sèche.

Les types suivants de photoréserves à film sec sont produits dans la CEI :

- manifesté dans les substances organiques - SPF-2, SPF-AS-1, SRF-P;

- eau alcaline - SPF-VShch2, TFPK;

- fiabilité accrue - SPF-PNShch;

- protecteur - SPF-Z-VShch.

Avant de rouler sur la surface de la base en PP, le film de protection en polyéthylène est retiré et la résine photosensible sèche est appliquée sur la planche par la méthode du rouleau (gainage, laminage) lorsqu'elle est chauffée à 100 ° C à une vitesse pouvant atteindre 1 m / min à l'aide d'un appareil spécial appelé plastifieuse. La réserve sèche polymérise sous l'influence du rayonnement ultraviolet, sa sensibilité spectrale maximale est de l'ordre de 350 nm, par conséquent, des lampes au mercure sont utilisées pour l'exposition. Le développement est réalisé dans des machines à jet dans des solutions de chlorure de méthyle, diméthylformamide.

SPF-2 est une résine photosensible à film sec, dont les propriétés sont similaires à celles de la résine photosensible Riston, peut être traitée dans des milieux acides et alcalins et est utilisée dans toutes les méthodes de fabrication de DPP. Lors de son utilisation, il est nécessaire de sceller l'équipement de développement. Le SPF-VSH a une résolution plus élevée (100 à 150 lignes/mm), est stable dans un environnement acide et est traité dans des solutions alcalines. La composition de la résine photosensible TPPK (dans la composition de polymérisation) comprend de l'acide méthacrylique, qui améliore les performances. Il ne nécessite pas de traitement thermique du relief protecteur avant la galvanoplastie. Le SPF-AS-1 permet d'obtenir un motif PP en utilisant à la fois des technologies soustractives et additives, car il est stable à la fois en milieu acide et alcalin. Pour améliorer l'adhérence de la couche photosensible au substrat de cuivre, du benzotriazole a été ajouté à la composition.

L'utilisation de résine photosensible sèche simplifie grandement le processus de fabrication de PCB, augmente le pourcentage de rendement du produit de 60 à 90%. Où:

- les opérations de séchage, de tannage et de retouche, ainsi que la pollution, l'instabilité des couches sont exclues ;

- la protection des trous métallisés contre les fuites de résine photosensible est assurée ;

- une automatisation et une mécanisation élevées du processus de fabrication des PCB et du contrôle de l'image sont obtenues.

L'installation pour l'application de film photorésistant sec - la plastifieuse (Figure 2.9) se compose de rouleaux 2, frais de soumission 6 et presser la résine photosensible sur la surface des pièces, des rouleaux 3 et 4 pour retirer le film plastique de protection, bobine avec photoresist 5, chauffe 1 avec thermostatique.

Graphique 2.9. Schéma de la plastifieuse.

La vitesse de déplacement de la planche porte-pièce atteint 0,1 m / s, la température de l'élément chauffant (105 ± 5) ° C. La conception de l'ARSM 3.289.006 NPO Raton (Biélorussie) fournit une force de pression constante quel que soit l'écart entre les rouleaux chauffants. La largeur maximale de la pièce en PP est de 560 mm. Une caractéristique du laminage est le danger que de la poussière s'infiltre sous la couche de résine photosensible, de sorte que l'unité doit fonctionner dans une zone de confinement. Le film photorésistant enroulé est conservé pendant au moins 30 minutes avant d'être exposé à des processus de retrait complets, ce qui peut provoquer une distorsion du motif et réduire l'adhérence.

Le développement du motif s'effectue grâce à l'action chimique et mécanique du méthyle chloroforme. Le temps nécessaire pour le temps de développement optimal est 1,5 fois plus long que ce qui est nécessaire pour l'élimination complète du SPF non durci. La qualité de l'opération de développement dépend de cinq facteurs : le temps de développement, la température de développement, la pression de développement dans la chambre, la contamination du gel de développement et le degré de rinçage final. Au fur et à mesure que la résine photosensible dissoute s'accumule dans le révélateur, la vitesse de développement ralentit. Après développement, le panneau doit être lavé à l'eau jusqu'à ce que tous les résidus de solvant soient éliminés. La durée de l'opération de développement SPF-2 à une température de révélateur de 14 à 18 ° C, une pression de solution dans les chambres de 0,15 MPa et une vitesse de convoyeur de 2,2 m / min est de 40 à 42 s.

Le retrait et le développement de la résine photosensible sont effectués dans des machines de type jet (GGMZ.254.001, ARSMZ.249.000) dans du chlorure de méthylène. Il s'agit d'un solvant puissant, l'opération de retrait de la résine photosensible doit donc être effectuée rapidement (dans les 20 à 30 s). Les installations prévoient un cycle fermé d'utilisation de solvants, après irrigation des planches, les solvants entrent dans le distillateur, puis les solvants purs sont réutilisés.

L'exposition de la résine photosensible est destinée à y initier des réactions photochimiques et est réalisée dans des installations à sources lumineuses (balayage ou fixes) et fonctionnant dans le domaine ultraviolet. Pour un ajustement parfait des photomasques aux blancs des planches, des cadres sont utilisés, où un vide est créé. L'installation d'exposition SKTSI.442152.0001 NPO "Raton" avec un champ de travail des cadres de chargement 600 × 600 mm permet une productivité de 15 planches/h. Le temps d'exposition à la lampe au mercure DRSh-1000 est de 1 à 5 min. Après exposition, pour compléter la réaction photochimique sombre, une exposition à température ambiante pendant 30 minutes est nécessaire avant de retirer le film polyester protecteur.

Les inconvénients de la résine photosensible sèche sont la nécessité d'appliquer une force mécanique lors du laminage, ce qui est inacceptable pour les substrats de sitall, le problème de l'élimination des déchets solides et liquides. Pour chaque 1000 m 2 de matière, jusqu'à 40 kg de déchets solides et 21 kg de déchets liquides sont générés, dont l'élimination est un problème environnemental.

Pour obtenir un motif conducteur sur une base isolante, à la fois par des méthodes graphiques en grille et photochimiques, il est nécessaire d'utiliser des photomasques, qui sont une image graphique d'un motif à l'échelle 1:1 sur des plaques photographiques ou un film photographique. Les photomasques sont réalisés en image positive lors de la constitution de sections conductrices sur des rubans et en image négative lorsque des sections conductrices sont obtenues en gravant du cuivre à partir d'interstices.

La précision géométrique et la qualité du dessin PCB sont assurées principalement par la précision et la qualité du photomasque, qui doit avoir :

- image contrastée en noir et blanc d'éléments avec des limites claires et régulières avec une densité optique de champs noirs d'au moins 2,5 unités, des zones transparentes d'au plus 0,2 unité, mesurées sur un densitomètre du type DFE-10 ;

- des défauts d'image minimes (points sombres dans l'espace blanc, points transparents dans les champs noirs), qui ne dépassent pas 10-30 µm ;

- la précision des éléments du dessin est de ± 0,025 mm.

V dans une plus grande mesure Ces exigences sont satisfaites par les plaques et films photographiques à contraste élevé "Mikrat-N" (URSS), les plaques photographiques telles que FT-41P (URSS), RT-100 (Japon) et Agfalit (Allemagne).

Actuellement, deux méthodes principales sont utilisées pour obtenir des photomasques : les photographier à partir d'originaux photographiques et dessiner avec un faisceau lumineux sur une pellicule photographique à l'aide de coordinateurs programmés ou d'un faisceau laser. Dans la fabrication d'originaux photographiques, le dessin PP est réalisé à échelle agrandie (10:1, 4:1, 2:1) sur un matériau à faible retrait par dessin, application ou découpage sur l'émail. La méthode d'application consiste à coller des éléments standards pré-préparés sur un support transparent (lavsan, verre, etc.). La première méthode se caractérise par une faible précision et une intensité de travail élevée, elle est donc principalement utilisée pour les prototypes de planches.

La découpe de l'émail est utilisée pour les PCB avec une densité de montage élevée. Pour cela, le verre à vitre poli est recouvert d'une couche d'émail opaque, et la découpe du schéma est réalisée sur un coordinateur à commande manuelle. La précision du dessin est de 0,03 à 0,05 mm.

L'original photographique produit est photographié avec la réduction nécessaire sur une plaque photographique à contraste élevé à l'aide d'appareils photo polygraphiques à impression photographique tels que PP-12, EM-513, Klimsch (Allemagne) et des photomasques sont obtenus, qui peuvent être contrôlés et fonctionnels. Pour la réplication et la production de photomasques d'ouvriers, simples ou de groupe, la méthode d'impression par contact à partir d'une copie négative du photomasque de contrôle est utilisée. L'opération est réalisée sur le multiplicateur du modèle ARSM 3.843.000 avec une précision de ± 0,02 mm.

Les inconvénients de cette méthode sont la grande difficulté d'obtention d'un original photographique, qui nécessite une main-d'œuvre hautement qualifiée, et la difficulté d'éclairer uniformément des originaux photographiques d'une grande surface, ce qui réduit la qualité des photomasques.

La complexité et la densité croissantes du motif PP, la nécessité d'augmenter la productivité du travail ont conduit au développement d'un procédé de fabrication de photomasques avec un faisceau de balayage directement sur un film photographique. Pour la réalisation d'un photomasque avec un faisceau lumineux, des coordinateurs programmés ont été développés. Avec le passage à la conception mécanique des cartes, le besoin de dessiner un dessin disparaît, car la bande perforée reçue de l'ordinateur avec les coordonnées des conducteurs est entrée dans le lecteur du coordinateur, sur lequel le photomasque est automatiquement effectué.

Le coordonnéographe (Fig.2.10) se compose d'une table à vide 8, sur lesquels sont fixés la pellicule photographique, les têtes photo et l'unité de commande /. La table se déplace avec une grande précision dans deux directions mutuellement perpendiculaires à l'aide de vis-mères de précision 9 et 3, qui sont entraînés par des moteurs pas à pas 2 et 10. La tête photo allume l'illuminateur 4, système de mise au point 5, diaphragme circulaire 6 et un obturateur photo 7. Le diaphragme a un ensemble de trous (25-70), qui forment un certain élément du motif PCB, et est fixé sur l'arbre du moteur pas à pas. Conformément au programme de fonctionnement, les signaux de l'unité de commande sont transmis aux moteurs pas à pas de l'entraînement de la table, du diaphragme et de l'éclairage. Les coordinateurs modernes (tableau 5.4) sont fournis avec des systèmes pour maintenir automatiquement un régime lumineux constant, produisant des informations d'un ordinateur sur les photomasques sur film à une échelle de 1: 2; 1 : 1 ; 2 : 1 ; 4: 1.

Riz. 5.10. Diagramme du coordinateur.

Quel est imprimé circuits imprimés une?

Imprimé circuits imprimés une ou circuits imprimés une, est une plaque ou un panneau constitué d'un ou de deux motifs conducteurs situés à la surface de la base diélectrique, ou d'un système de motifs conducteurs situés dans le volume et à la surface de la base diélectrique, interconnectés selon le principe circuit électrique destiné à connexion électrique et fixation mécanique de produits électroniques, d'électronique quantique et de produits électriques - composants électroniques passifs et actifs installés dessus.

Le plus simple imprimé circuits imprimés oh est circuits imprimés une qui contient des conducteurs en cuivre d'un côté imprimé circuits imprimés s et ne relie les éléments du motif conducteur que sur l'une de ses surfaces. Tel circuits imprimés s connu sous le nom de couche unique imprimé circuits imprimés s ou unilatéral imprimé circuits imprimés s(abrégé - PPO).

Aujourd'hui, le plus populaire en production et le plus courant imprimé circuits imprimés s contenant deux couches, c'est-à-dire contenant un motif conducteur des deux côtés circuits imprimés s- double face (double couche) imprimé circuits imprimés s(abrégé DPP). Les trous traversants sont utilisés pour connecter les conducteurs entre les couches. installation trous métallisés ny et transitionnels. Cependant, selon la complexité physique de la conception imprimé circuits imprimés s lorsque le câblage est à double face circuits imprimés e devient trop compliqué en production ordre multicouche imprimé circuits imprimés s(abrégé PAM), où le motif conducteur est formé non seulement sur les deux côtés extérieurs circuits imprimés s, mais aussi dans les couches internes du diélectrique. Selon la complexité, multicouche imprimé circuits imprimés s peut être composé de 4,6,… .24 couches ou plus.

Pour installation une composants électroniques sur imprimé circuits imprimés s, une opération technologique est nécessaire - la soudure, utilisée pour obtenir une liaison permanente de pièces en métaux divers en introduisant du métal en fusion entre les contacts des pièces - une soudure ayant un point de fusion inférieur aux matériaux des pièces à assembler. Les contacts soudés des pièces, ainsi que la soudure et le flux, sont mis en contact et chauffés à une température supérieure à la température de fusion de la soudure, mais inférieure à la température de fusion des pièces à souder. En conséquence, la soudure devient liquide et mouille les surfaces des pièces. Après cela, le chauffage s'arrête et la soudure passe à la phase solide, formant un joint. Ce processus peut être effectué manuellement ou à l'aide de techniques spécialisées.

Avant la soudure, les composants sont placés sur imprimé circuits imprimés e composant conduit à des trous traversants circuits imprimés s et sont soudés aux plages de contact et/ou à la surface intérieure métallisée du trou - ce qu'on appelle. La technologie installation une dans les trous (THT Through Hole Technology - technologie installation une dans des trous ou en d'autres termes - goupille installation ou DIP- installation). En outre, une technologie de plus en plus avancée de surface installation une- également appelée TMP (technologie installation uneà la surface) ou CMS(technologie de montage en surface) ou la technologie SMD (à partir d'un appareil de montage en surface - un appareil monté sur une surface). Sa principale différence avec la technologie "traditionnelle" installation une dans les trous est que les composants sont montés et soudés sur des plages de terre, qui font partie du motif conducteur sur la surface imprimé circuits imprimés s... En technologie de surface installation une En règle générale, deux méthodes de soudage sont utilisées : le soudage par refusion et le soudage à la vague. Le principal avantage de la soudure à la vague est la possibilité de souder simultanément des composants montés en surface circuits imprimés s et dans les trous. Dans le même temps, le soudage à la vague est la méthode de soudage la plus efficace pour installation e dans les trous. La soudure par refusion est basée sur l'utilisation d'un matériau technologique spécial - la pâte à souder. Il contient trois composants principaux : la soudure, le flux (activateurs) et les charges organiques. Soudure pâte appliqué sur les plots de contact soit avec un distributeur soit par pochoir, puis les composants électroniques sont installés avec des fils sur la pâte à braser et ensuite, le processus de refusion de la brasure contenue dans la pâte à braser est effectué dans fours spéciaux en chauffant imprimé circuits imprimés s avec des composants.

Pour éviter et/ou empêcher le court-circuit accidentel des conducteurs de différents circuits pendant le processus de soudage, les fabricants imprimé circuits imprimés utilisez un masque de soudure protecteur (masque de soudure anglais, également connu sous le nom de "vert") - une couche de matériau polymère, conçu pour protéger les conducteurs contre la pénétration de soudure et de flux pendant le soudage, ainsi que contre la surchauffe. Soudure masque recouvre les conducteurs et laisse les plots et les connecteurs de lame ouverts. Les couleurs de masque de soudure les plus couramment utilisées dans imprimé circuits imprimés une x est vert, puis rouge et bleu. Il faut garder à l'esprit que soudure masque ne protège pas circuits imprimés de l'humidité pendant le fonctionnement circuits imprimés s et des revêtements organiques spéciaux sont utilisés pour la protection contre l'humidité.

Dans les programmes de conception assistée par ordinateur les plus populaires imprimé circuits imprimés et les appareils électroniques (en abrégé CAD - CAM350, P-CAD, Protel DXP, SPECCTRA, OrCAD, Allegro, Expedition PCB, Genesis), en règle générale, il existe des règles associées au masque de soudure. Ces règles définissent la distance/l'empreinte qui doit être respectée entre le bord de la pastille de soudure et le bord du masque de soudure. Ce concept est illustré à la figure 2 (a).

Sérigraphie ou marquage.

Le marquage (eng. Sérigraphie, légende) est un processus dans lequel un fabricant applique des informations sur les composants électroniques et qui aide à faciliter le processus d'assemblage, d'inspection et de réparation. En règle générale, des marquages ​​sont appliqués pour identifier les points de test ainsi que la position, l'orientation et la classification des composants électroniques. Il peut également être utilisé à des fins de constructeur. imprimé circuits imprimés, par exemple, indiquez le nom de l'entreprise, les instructions de configuration (cela est largement utilisé dans les anciennes cartes mères circuits imprimés une X Ordinateur personnel), etc. Le marquage peut être appliqué des deux côtés circuits imprimés s et il est, en règle générale, appliqué par la méthode de sérigraphie (sérigraphie) avec une peinture spéciale (avec durcissement thermique ou UV) de couleur blanche, jaune ou noire. La figure 2 (b) montre la désignation et la superficie des composants, réalisés avec des marques blanches.

Structure des calques en CAO

Comme indiqué au début de cet article, imprimé circuits imprimés s peut être composé de plusieurs couches. Lorsque imprimé circuits imprimés une conçu avec CAD, peut souvent être vu dans la structure imprimé circuits imprimés s plusieurs couches qui ne correspondent pas aux couches de câblage conducteur (cuivre) requises. Par exemple, les couches avec des marquages ​​et un masque de soudure sont des couches non conductrices. La présence de couches conductrices et non conductrices peut prêter à confusion car les fabricants utilisent le terme couche lorsqu'ils désignent uniquement des couches conductrices. À partir de maintenant, nous n'utiliserons que le terme « couches » sans « CAD » pour désigner les couches conductrices. Si nous utilisons le terme "couches CAO", nous entendons toutes sortes de couches, c'est-à-dire des couches conductrices et non conductrices.

Structure des calques en CAO :

La figure 3. montre trois structures de couches différentes. L'orange met en évidence les couches conductrices de chaque structure. Hauteur ou épaisseur de la structure imprimé circuits imprimés s peut varier en fonction de l'application, mais l'épaisseur la plus couramment utilisée est de 1,5 mm.

Types de boîtiers de composants électroniques

Il existe une grande variété de types de boîtiers de composants électroniques sur le marché aujourd'hui. Habituellement, il existe plusieurs types d'enceintes pour un élément passif ou actif. Par exemple, vous pouvez trouver le même microcircuit dans le boîtier QFP (de l'anglais Quad Flat Package - une famille de boîtiers de microcircuits avec des fils planaires situés sur les quatre côtés) et dans le boîtier LCC (de l'anglais Leadless Chip Carrier - représente un faible -profil carré en céramique avec contacts situés sur sa partie inférieure).

Il existe principalement 3 grandes familles de boîtiers électroniques :

Zone de contact imprimé circuits imprimés s(terre anglaise)

Zone de contact imprimé circuits imprimés s- une partie du motif conducteur imprimé circuits imprimés s utilisé pour le raccordement électrique des produits électroniques installés. Zone de contact imprimé circuits imprimés s représente les parties d'un conducteur en cuivre ouvertes à partir du masque de soudure, où les fils des composants sont soudés. Il existe deux types de tampons - les tampons installation trous pour installation une dans les trous et les patins planaires pour la surface installation une- Plateformes CMS. Parfois, les via pads SMD sont très similaires aux via pads. installation une dans les trous.

La figure 4 montre les plages de contact pour 4 composants électroniques différents. Huit pour IC1 et deux pour les pastilles SMD R1, respectivement, ainsi que trois pastilles avec des trous pour les composants électroniques Q1 et PW.

Conducteurs en cuivre

Les conducteurs en cuivre sont utilisés pour connecter deux points sur imprimé circuits imprimés e - par exemple, pour se connecter entre deux sites SMD (Figure 5.), ou pour connecter un site SMD au site installation ou pour connecter deux vias.

Les conducteurs peuvent avoir des largeurs calculées différentes en fonction des courants qui les traversent. De plus, aux hautes fréquences, il est nécessaire de calculer la largeur des conducteurs et les écarts entre eux, car la résistance, la capacité et l'inductance du système de conducteurs dépendent de leur longueur, de leur largeur et de leur position relative.

Vias traversants imprimé circuits imprimés s

Quand connecter le composant qui est allumé couche supérieure imprimé circuits imprimés s avec le composant situé sur la couche inférieure, on utilise des vias métallisés qui relient les éléments du motif conducteur sur différentes couches imprimé circuits imprimés s... Ces trous laissent passer le courant imprimé circuits imprimésà. La figure 6 montre deux conducteurs qui commencent au niveau des plots des composants sur la couche supérieure et se terminent aux autres plots des composants sur la couche inférieure. Chaque conducteur a son propre via, qui conduit le courant de la couche supérieure vers la couche inférieure.

Figure 6. Connexion de deux microcircuits à travers des conducteurs et des vias sur des côtés différents imprimé circuits imprimés s

La figure 7 donne une idée de \u200b\u200ble la Coupe transversale 4 plis imprimé circuits imprimés... Ici les couleurs indiquent les couches suivantes :

Sur modèle imprimé circuits imprimés s, la figure 7 montre un conducteur (rouge) qui appartient à la couche conductrice supérieure et qui traverse circuits imprimés y en utilisant la via traversante, puis continue son chemin vers la couche inférieure (bleu).

Figure 7. Conducteur de la couche supérieure traversant imprimé circuits imprimés y et continue son chemin vers la couche inférieure.

Trou métallisé "aveugle" imprimé circuits imprimés s

HDI (Interconnexion Haute Densité) imprimé circuits imprimés une x, il est nécessaire d'utiliser plus de deux couches, comme le montre la figure 7. En règle générale, dans les structures sandwich imprimé circuits imprimés s, qui transportent de nombreux circuits intégrés, utilisent des couches séparées pour l'alimentation et la terre (Vcc ou GND) afin que les couches de signal externes soient libérées des rails d'alimentation, ce qui facilite le câblage des signaux. Il existe également des cas où les conducteurs de signaux doivent aller de la couche externe (supérieure ou inférieure) le long du chemin le plus court afin de fournir l'impédance caractéristique nécessaire, les exigences d'isolation galvanique et se terminant par les exigences de résistance aux décharges électrostatiques. Pour de tels types de connexions, des trous métallisés borgnes sont utilisés (Blind via - "blind" ou "blind"). Il s'agit des trous de connexion couche externe avec un ou plusieurs internes, ce qui vous permet de faire le raccordement minimum en hauteur. Un trou borgne commence sur la couche externe et se termine sur la couche interne, il est donc préfixé par un trou borgne.

Pour savoir quel trou est présent sur circuits imprimés e, vous pouvez mettre imprimé circuits imprimés y au-dessus de la source lumineuse et regardez - si vous voyez de la lumière provenant de la source à travers le trou, alors c'est un via, sinon terne.

Les vias borgnes sont utiles dans la construction circuits imprimés s lorsque vous êtes limité en taille et avez trop peu d'espace pour placer des composants et câbler les fils de signal. Vous pouvez placer des composants électroniques des deux côtés et maximiser l'espace pour le câblage et les autres composants. Si les transitions sont faites à travers des trous traversants, et non aveugles, vous aurez besoin espace supplémentaire pour les trous parce que le trou a lieu des deux côtés. Dans le même temps, des trous borgnes peuvent être situés sous le corps du microcircuit - par exemple, pour le câblage volumineux et complexe Bga Composants.

La figure 8 montre trois trous qui font partie d'un quadrillage imprimé circuits imprimés s... Si nous regardons de gauche à droite, le premier, nous verrons un trou traversant à travers toutes les couches. Le deuxième trou commence à la couche supérieure et se termine sur la deuxième couche intérieure - vias borgnes L1-L2. Enfin, le troisième trou commence dans la couche inférieure et se termine dans la troisième couche, on dit donc qu'il s'agit d'un aveugle via L3-L4.

Le principal inconvénient de ce type de trou est plus prix élevé fabrication imprimé circuits imprimés s avec trous borgnes par rapport aux trous débouchants alternatifs.

Vias cachés

Anglais. Enterré via - "caché", "enterré", "encastré". Ces vias sont similaires aux vias borgnes, à la différence qu'ils commencent et se terminent sur les couches internes. Si nous regardons la figure 9 de gauche à droite, nous pouvons voir que le premier trou traverse toutes les couches. Le second est un via L1-L2 aveugle et le dernier est un via L2-L3 latent qui commence sur la deuxième couche et se termine sur la troisième couche.

Figure 9. Comparaison des vias, des trous borgnes et des trous enterrés.

Technologie de fabrication de vias aveugles et cachés

La technologie de fabrication de tels trous peut être différente, selon la conception que le développeur a définie et selon les capacités usine un constructeur. On distinguera deux types principaux :

Le trou est percé dans une pièce à double face DPP, métallisé, gravé puis cette pièce, en fait un fini bicouche imprimé circuits imprimés une, pressé à travers le préimprégné dans le cadre d'un flan multicouche imprimé circuits imprimés s... Si ce blanc est au dessus du "tarte" PAM, alors nous obtenons des trous borgnes, si au milieu, alors - vias cachés.

1. Le trou est percé dans la pièce pressée PAM, la profondeur de forage est contrôlée pour atteindre avec précision les zones des couches internes, puis le trou est métallisé. Ainsi, nous n'obtenons que des trous borgnes.

Dans des structures complexes PAM des combinaisons des types de trous ci-dessus peuvent être utilisées - Figure 10.

Figure 10. Exemple d'une combinaison typique de types de vias.

A noter que l'utilisation de trous borgnes peut parfois conduire à une réduction du coût du projet dans son ensemble, du fait d'économies sur le nombre total de couches, d'une meilleure traçabilité, et d'une diminution de la taille imprimé circuits imprimés s, ainsi que la possibilité d'appliquer des composants avec un pas plus fin. Cependant, dans chaque cas particulier, la décision de les utiliser doit être prise individuellement et raisonnablement. Cependant, il ne faut pas abuser de la complexité et de la variété des trous borgnes et cachés. L'expérience a montré que lors du choix entre l'ajout d'un autre type de trou borgne au projet et l'ajout d'une autre paire de couches, il est plus correct d'ajouter quelques couches. Dans tous les cas, la construction PAM doit être conçu en tenant compte de la manière dont il sera mis en œuvre en production.

Finition des revêtements de protection métalliques

L'obtention de joints de soudure corrects et fiables dans les équipements électroniques dépend de nombreux facteurs de conception et technologiques, y compris le niveau approprié de soudabilité des éléments connectés, tels que les composants et imprimé conducteurs. Pour maintenir la soudabilité imprimé circuits imprimés avant de installation une composants électroniques, assurant la planéité du revêtement et fiable installation une les joints de soudure doivent protéger la surface en cuivre des plages de contact imprimé circuits imprimés s de l'oxydation, le soi-disant revêtement protecteur métallique de finition.

Quand on regarde différents imprimé circuits imprimés s, vous pouvez constater que les plots de contact n'ont quasiment jamais la couleur du cuivre, souvent et surtout ils sont en argent, or brillant ou gris mat. Ces couleurs déterminent les types de revêtements de protection métalliques de finition.

La méthode la plus courante pour protéger les surfaces soudées imprimé circuits imprimés est le revêtement des plages de contact en cuivre avec une couche d'alliage argent-étain-plomb (POS-63) - HASL. Le plus fabriqué imprimé circuits imprimés protégés par la méthode HASL. Etamage à chaud HASL - procédé d'étamage à chaud circuits imprimés s, par immersion pendant un temps limité dans un bain de soudure en fusion et lors d'un retrait rapide par grenaillage avec un jet d'air chaud, en éliminant l'excès de soudure et en nivelant le revêtement. Cette couverture a dominé ces dernières années, malgré ses sérieuses limitations techniques. Plat s ainsi produites, bien qu'elles conservent une bonne soudabilité pendant toute la durée de stockage, sont inadaptées à certaines applications. Éléments hautement intégrés utilisés dans CMS les technologies installation une, nécessitent une parfaite planéité (planéité) des plages de contact imprimé circuits imprimés... Les revêtements HASL traditionnels ne répondent pas aux exigences de planéité.

Les technologies de revêtement qui répondent aux exigences de planéité sont les revêtements appliqués chimiquement :

L'or par immersion (Electroless Nickel / Immersion Gold - ENIG), qui est un mince film d'or appliqué sur une sous-couche de nickel. La fonction de l'or est de fournir une bonne soudabilité et de protéger le nickel de l'oxydation, et le nickel lui-même sert de barrière empêchant l'interdiffusion de l'or et du cuivre. Ce revêtement garantit une excellente planéité des plaquettes sans dommage imprimé circuits imprimés, fournit une résistance suffisante pour les joints de soudure à base d'étain. Leur principal inconvénient est le coût de production élevé.

Immersion Tin (ISn) - revêtement chimique gris mat pour une planéité élevée imprimé des sites circuits imprimés s et compatible avec toutes les méthodes de soudure que ENIG. Le processus d'application de l'étain par immersion est similaire au processus d'application de l'or par immersion. L'étain par immersion offre une bonne soudabilité après un stockage de longue durée, ce qui est assuré par l'introduction d'une sous-couche organométallique servant de barrière entre le cuivre des plages de contact et l'étain lui-même. Mais, circuits imprimés s revêtus d'étain à immersion, nécessitent une manipulation soigneuse, doivent être stockés dans emballé sous vide dans des armoires de stockage à sec et circuits imprimés s avec ce revêtement ne sont pas adaptés à la production de claviers/écrans tactiles.

Lors de l'utilisation d'ordinateurs, d'appareils avec connecteurs à couteaux, les contacts des connecteurs à couteaux sont soumis à des frottements pendant le fonctionnement circuits imprimés s par conséquent, les contacts d'extrémité sont galvanisés avec une couche d'or plus épaisse et plus dure. Dorure électrolytique de connecteurs à couteaux (Gold Fingers) - revêtement de la famille Ni/Au, épaisseur de revêtement : 5 -6 Ni ; 1,5 - 3 m Au. Le revêtement est appliqué par dépôt électrochimique (galvanoplastie) et est principalement utilisé pour une application sur les contacts d'extrémité et les lamelles. Tolstoï, placage d'or a une résistance mécanique élevée, une résistance à l'abrasion et aux influences environnementales défavorables. Indispensable lorsqu'un contact électrique fiable et durable est essentiel.

La qualité des matériaux fournis est conforme à la norme IPC4101B, le système de gestion de la qualité des fabricants est confirmé par les certificats internationaux ISO 9001 : 2000.

FR4 - le stratifié de fibres de verre de classe de résistance au feu 94V-0 - est le matériau le plus courant pour la production de circuits imprimés. Notre société fournit les types de matériaux suivants pour la production de circuits imprimés simple et double face:

• Fibre de verre FR4 avec une température de transition vitreuse de 135°C, 140°C et 170°C pour la production de circuits imprimés simple face et double face. Épaisseur 0,5 - 3,0 mm avec feuille 12, 18, 35, 70, 105 microns.
• Basic FR4 pour les couches internes de MPP avec des températures de transition vitreuse de 135°C, 140°C et 170°C
• Préimprégnés FR4 avec des températures de transition vitreuse de 135 °C, 140 °C et 170 °C pour le pressage MPP
• Matériaux XPC, FR1, FR2, CEM-1, CEM-3, HA-50
• Matériaux pour PCB à dissipation thermique contrôlée :
  • (aluminium, cuivre, acier inoxydable) avec un diélectrique à conductivité thermique de 1 W/m*K à 3 W/m*K produit par Totking et Zhejiang Huazheng New Material Co.
  • Matériau HA-30 CEM-3 avec une conductivité thermique de 1 W / m * K pour la production de circuits imprimés simple et double face.

À certaines fins, un diélectrique sans feuille de haute qualité est requis qui présente tous les avantages du FR4 (bonnes propriétés diélectriques, stabilité des caractéristiques et des dimensions, haute résistance aux conditions climatiques défavorables). Pour ces applications, nous pouvons proposer un stratifié de fibre de verre non revêtu FR4.

Dans de nombreux cas, où des cartes de circuits imprimés assez simples sont nécessaires (dans la production d'appareils électroménagers, de divers capteurs, de certains composants pour voitures, etc.), les excellentes propriétés de la fibre de verre sont excessives et les indicateurs de fabrication et de coût avant. Ici, nous pouvons offrir les matériaux suivants:

• XPC, FR1 propriétés et, par conséquent, les prix). Parfaitement estampé.
• CEM-1 est un stratifié basé sur une composition de papier de cellulose et de fibre de verre avec de la résine époxy. Parfaitement estampé.

Notre gamme de produits comprend également une feuille de cuivre électrodéposée pour le pressage MPP par Kingboard. La feuille est fournie en rouleaux de différentes largeurs, une épaisseur de feuille de 12, 18, 35, 70, 105 microns, une feuille de 18 et 35 microns d'épaisseur est presque toujours disponible dans notre entrepôt en Russie.

Tous les matériaux sont produits conformément à la directive RoHS, la teneur en substances nocives est confirmée par les certificats correspondants et les rapports de test RoHS. De plus, tous les matériaux, pour de nombreux postes, il existe des certificats, etc.

Circuit imprimé- une plaque constituée d'un diélectrique, sur laquelle est formé au moins un circuit électriquement conducteur (circuit électronique) (généralement par un procédé imprimé). La carte de circuit imprimé est conçue pour la connexion électrique et mécanique de divers composants électroniques ou la connexion de composants électroniques individuels. Les composants électroniques d'une carte de circuit imprimé sont connectés par leurs fils à des éléments d'un motif conducteur, généralement par soudure, enroulement, rivetage ou pressage, à la suite de quoi le module électronique (ou la carte de circuit imprimé montée) est assemblé.

Types de planches

Selon le nombre de couches avec un motif électriquement conducteur, les cartes de circuits imprimés sont divisées en simple face, double face et multicouche.
Contrairement au montage en surface, un motif électriquement conducteur sur une carte de circuit imprimé est constitué d'une feuille à l'aide d'une méthode additive ou soustractive. Dans le processus additif, un motif conducteur est formé sur un matériau sans feuille, généralement par placage de cuivre chimique à travers un masque de protection préalablement appliqué sur le matériau. Dans la méthode soustractive, un motif conducteur est formé sur un matériau en feuille en éliminant les sections inutiles de la feuille, généralement à l'aide d'une gravure chimique.

Une carte de circuit imprimé contient généralement des trous et des plots de montage, qui peuvent être en outre recouverts d'un revêtement protecteur : alliage étain-plomb, étain, or, argent, revêtement protecteur organique. De plus, les cartes de circuits imprimés ont des vias pour la connexion électrique des couches de la carte, un revêtement isolant externe ("masque de protection") qui recouvre la surface de la carte qui n'est pas utilisée pour le contact avec une couche isolante, le marquage est généralement appliqué à l'aide de sérigraphie impression, moins souvent par méthode jet d'encre ou laser.

Types de circuits imprimés

Par le nombre de couches de matériau conducteur :
- Un côté
-Bilatéral
-Multi-couche (MPP)

Par flexibilité :
-Rigide
-Souple

Technologie d'installation :
-Pour le montage à travers des trous
- Pour montage en surface

Tous les types circuit imprimé peut avoir ses propres particularités, en raison des exigences de conditions de fonctionnement spéciales (par exemple, une plage de température étendue) ou de caractéristiques d'application (par exemple, dans des appareils fonctionnant à des fréquences élevées).

Matériaux (modifier)

La base du circuit imprimé est un diélectrique ; les matériaux les plus couramment utilisés sont le textolite, le stratifié de fibre de verre, le getinax.
Une base métallique recouverte d'un diélectrique (par exemple, de l'aluminium anodisé) peut également servir de base aux cartes de circuits imprimés ; une feuille de cuivre des pistes est appliquée sur le diélectrique. Ces cartes de circuits imprimés sont utilisées dans l'électronique de puissance pour dissiper efficacement la chaleur des composants électroniques. Dans ce cas, la base métallique de la carte est fixée au dissipateur thermique.
En tant que matériau pour les cartes de circuits imprimés fonctionnant dans la gamme des micro-ondes et à des températures allant jusqu'à 260 ° C, on utilise du plastique fluoré renforcé de fibre de verre (par exemple, FAF-4D) et de céramique. Les panneaux flexibles sont fabriqués à partir de matériaux polyimide tels que le kapton.

FR-4

Une famille de matériaux sous le nom général FR-4 selon la classification de la NEMA (National Electrical Manufacturers Association, USA). Ces matériaux sont les plus courants pour la production de DPP, MPP et OPP avec des exigences accrues en matière de résistance mécanique. FR-4 est un matériau à base de fibre de verre avec de la résine époxy comme liant (fibre de verre). Habituellement jaunâtre mat ou transparent, habituel couleur verte il est appliqué par un masque de soudure appliqué à la surface de la carte de circuit imprimé. Classe d'inflammabilité UL94-V0.
Selon les propriétés et la portée de FR-4
-standard, avec une température de transition vitreuse Tg ~ 130°C, avec ou sans blocage UV. Le type le plus répandu et le plus utilisé, en même temps le moins cher du FR-4 ;

Avec une température de transition vitreuse élevée, Tg ~ 170 ° C-180 ° C;
-sans halogène;
-avec index de suivi normalisé, CTI 400, ≥600 ;
- haute fréquence, avec une faible constante diélectrique ε ≤3,9 et une petite tangente de l'angle de perte diélectrique df ≤0,02.

CEM-3

Famille de matériaux classés NEMA CEM-3. Matériau composite fibre de verre-époxy généralement blanc laiteux ou transparent. Se compose de deux couches extérieures de fibre de verre, entre lesquelles est placé un non-tissé en fibre de verre (feutre de fibre de verre). Il est largement utilisé dans la production de DPP avec métallisation. Ses propriétés sont très proches du FR-4 et n'en diffèrent, en gros, que par une résistance mécanique plus faible. C'est une excellente alternative bon marché au FR-4 pour la grande majorité des applications. Excellent traitement mécanique (fraisage, emboutissage). Classe d'inflammabilité UL94-V0.
Le CEM-3 est subdivisé en les sous-classes suivantes en fonction de ses propriétés et de son domaine d'application :
-standard, avec ou sans blocage UV ;

CEM-1

Classe de matériau CEM-1 selon la classification NEMA. Ces matériaux composites sont fabriqués sur une base de papier avec deux couches de fibre de verre à l'extérieur. Habituellement blanc laiteux, jaune laiteux ou brun brunâtre. Ils sont incompatibles avec le procédé de métallisation des trous, ils ne sont donc utilisés que pour la production d'OPP. Les propriétés diélectriques sont proches de FR-4, les propriétés mécaniques sont un peu moins bonnes. Le CEM-1 est une bonne alternative au FR-4 pour la production de PCB simple face où le prix est le facteur déterminant. Excellent traitement mécanique (fraisage, emboutissage). Classe d'inflammabilité UL94-V0.
Divisé dans les sous-classes suivantes :
-la norme;
-Haute température, compatible avec les technologies d'étamage et de soudure sans plomb ;
-sans halogène, sans phosphore et sans antimoine ;
-avec indice de suivi normalisé, CTI ≥600
- résistant à l'humidité, avec une stabilité dimensionnelle accrue

FR-1 / FR-2

Classe de matériau FR-1 et FR-2 selon la classification NEMA. Ces matériaux sont fabriqués sur une base de papier phénolique et ne sont utilisés que pour la production d'OPP. FR-1 et FR-2 ont des caractéristiques similaires, FR-2 diffère de FR-1 uniquement en utilisant une résine phénolique modifiée avec une température de transition vitreuse plus élevée comme liant. En raison des caractéristiques et de la portée similaires du FR-1 et du FR-2, la plupart des fabricants de matériaux ne produisent qu'un seul de ces matériaux, le plus souvent le FR-2. Excellent traitement mécanique (fraisage, emboutissage). Moins cher. Classe d'inflammabilité UL94-V0 ou V1.
Divisé dans les sous-classes suivantes :
-la norme;
-sans halogène, sans phosphore ni antimoine, non toxique ;
- résistant à l'humidité

Finitions pour circuits imprimés

Afin de préserver la soudabilité des cartes de circuits imprimés après stockage, d'assurer une installation fiable des composants électroniques et de conserver les propriétés des joints brasés ou soudés pendant le fonctionnement, il est nécessaire de protéger la surface en cuivre des plages de contact de la carte de circuit imprimé avec un revêtement de surface soudé, le soi-disant revêtement de finition. Nous portons à votre connaissance une large gamme de revêtements de finition, ce qui vous permet de faire un choix optimal en faveur d'un ou même de plusieurs d'entre eux en même temps dans la réalisation de vos circuits imprimés.

HAL ou HASL (de l'anglais Hot Air Leveling ou Hot Air Solder Leveling - hot air leveling) en utilisant des soudures à base d'alliage étain-plomb (Sn / Pb), par exemple OS61, OS63, et en nivelant avec une lame d'air. Il est appliqué au stade final de la fabrication sur une carte de circuit imprimé déjà formée avec un masque de soudure appliqué en le trempant dans un bain avec un bain de fusion, puis en nivelant et en éliminant l'excès de soudure à l'aide d'une lame d'air. Ce revêtement, actuellement le plus répandu, est le plus classique, le plus connu et utilisé depuis longtemps. Fournit une excellente soudabilité des PCB même après un stockage à long terme. Le revêtement HAL est technologiquement avancé et peu coûteux. Compatible avec toutes les méthodes connues de montage et de soudage - manuel, soudage à la vague, refusion dans un four, etc. Les inconvénients de ce type de couche de finition incluent mener - l'un des métaux les plus toxiques interdits d'utilisation dans l'Union Européenne par la directive RoHS (Restriction of Hazardous Substances Directives), ainsi que le fait que le revêtement HAL ne respecte pas les conditions de planéité des plots de contact pour le montage de microcircuits avec un très haut degré d'intégration. Le revêtement n'est pas adapté à la technologie consistant à coller des cristaux sur une carte (COB - Chip on board) et à s'appliquer aux contacts d'extrémité (lamelles).

HAL sans plomb - Option revêtement HAL, mais utilisant des soudures sans plomb, par exemple, Sn100, Sn96.5/Ag3/Cu0.5, SnCuNi, SnAgNi. Le revêtement est entièrement conforme à RoHS et a une très bonne rétention et soudabilité. Cette couche de finition est appliquée à une température plus élevée que HAL à base de PIC, ce qui impose des exigences plus élevées sur matériel de base circuit imprimé et composants électroniques par température. Le revêtement est compatible avec toutes les méthodes de montage et de soudure, à la fois avec l'utilisation de soudures sans plomb (qui est la plus recommandée) et avec l'utilisation de soudures étain-plomb, mais nécessite une attention particulière à régime de température soudure. Comparé à HAL à base de Sn/Pb, ce revêtement est plus cher en raison du coût plus élevé des soudures sans plomb et également en raison de la consommation d'énergie plus élevée.

Le principal problème avec le revêtement HAL , est une irrégularité importante de l'épaisseur du revêtement. Le problème est particulièrement pertinent pour les composants avec un petit pas de broche, par exemple, QFP avec un pas de 0,5 mm ou moins, BGA avec un pas de 0,8 mm ou moins. L'épaisseur du revêtement peut varier de 0,5 micron à 40 microns, en fonction des dimensions géométriques de la zone de contact et de l'irrégularité de l'effet lame d'air. De plus, à la suite d'un choc thermique lors de l'application de HASL, le PCB peut être déformé sous forme de flexion / torsion. Ceci est particulièrement vrai pour les planches d'une épaisseur<1,0 мм и для плат с несимметричным стеком слоев, несбалансированных по меди, имеющих несимметричные по слоям сплошные медные заливки, ряды металлизированных отверстий, а также для бессвинцового покрытия.

Or plongeant (ENIG - Electroless Nickel / Immersion Gold) - placage de la famille Ni / Au. Épaisseur du revêtement : Ni 3-7 microns, Au 0,05-0,1 microns. Il est appliqué chimiquement à travers les fenêtres dans un masque de soudure. Un revêtement sans plomb largement utilisé qui offre une planéité des pastilles, une bonne soudabilité, une conductivité de surface élevée des pastilles et une longue durée de conservation. Excellent pour les applications de composants à pas fin ainsi que pour les tests en circuit. Le revêtement est entièrement conforme RoHS. Compatible avec toutes les méthodes de montage et de soudure. Plus cher que HASL.

Il existe de nombreux fabricants de produits chimiques pour l'application d'or par immersion, et la technologie d'application diffère d'un fabricant à l'autre. Le résultat final dépend également du choix des produits chimiques et du processus d'application. Certains produits chimiques peuvent ne pas être compatibles avec le type spécifique de masque de soudure. Ce type de revêtement est sujet à la formation de deux types de défauts critiques - le "pastille noire" (pastille noire, non mouillage de la surface de la pastille avec de la soudure) et la fissuration sous contrainte mécanique ou thermique (des fissures se produisent entre le nickel et couches de cuivre, le long de la couche intermétallique). Également pendant le placage, la quantité d'or doit être contrôlée pour éviter la fragilisation du joint de soudure. Le respect précis de la technologie d'application de l'or par immersion et le remplacement rapide des solutions garantissent la qualité du revêtement et l'absence de défauts du tampon noir. Pour éviter les fissures sous contrainte mécanique, il est possible de recommander d'augmenter l'épaisseur de la carte de circuit imprimé à 2,0 mm ou plus lors de l'utilisation de boîtiers BGA supérieurs à 25x25 mm ou avec une taille de carte supérieure à 250 mm. L'augmentation de l'épaisseur du panneau réduit les contraintes mécaniques sur les composants lors du pliage du panneau.

Doigts d'or - placage de la famille Ni/Au. Épaisseur du revêtement : Ni 3-5 microns, Au 0,5-1,5 microns. Il est appliqué par dépôt électrochimique (galvanoplastie). Utilisé pour l'application sur les contacts d'extrémité et les lamelles. Possède une résistance mécanique élevée, une résistance à l'abrasion et aux influences environnementales défavorables. Indispensable lorsqu'un contact électrique fiable et durable est essentiel.

Etain d'immersion - Revêtement chimique conforme RoHS pour une planéité élevée des plaquettes PCB. Revêtement technologique compatible avec toutes les méthodes de soudure. Contrairement à l'idée fausse répandue basée sur l'expérience de l'utilisation de types de revêtements obsolètes, l'étain par immersion offre une bonne soudabilité après un stockage suffisamment long - une durée de conservation garantie de 6 mois. (La soudabilité du revêtement dure jusqu'à un an ou plus avec un stockage approprié). Ces longues périodes de conservation d'une bonne soudabilité sont assurées par l'introduction d'une sous-couche organométallique faisant barrière entre le cuivre des plages de contact et l'étain lui-même. La sous-couche barrière empêche l'interdiffusion du cuivre et de l'étain, la formation de composés intermétalliques et la recristallisation de l'étain. Le revêtement final à l'étain par immersion avec une sous-couche d'organo-métal, d'une épaisseur d'environ 1 micron, a une surface lisse et plane, conserve la soudabilité et la possibilité de plusieurs ressoudages même après un stockage suffisamment long.

OSP (de l'anglais Organic Solderability Preservatives) - un groupe de revêtements de finition organiques appliqués directement sur les plots de contact en cuivre et protégeant la surface du cuivre de l'oxydation pendant le stockage et le soudage. Avec la diminution de l'espacement des composants, l'intérêt pour les revêtements qui offrent la planéité nécessaire, et en particulier pour l'OSP, ne cesse de croître. Récemment, les revêtements OSP ont progressé rapidement, des variétés de revêtements sont apparues qui permettent une soudure multi-passes sans oxydation du cuivre, même avec des intervalles de temps suffisamment longs entre les passes (jours). Une distinction est faite entre un revêtement mince d'environ 0,01 µm et un revêtement relativement épais de 0,2 à 0,5 µm ou plus. Sélectionnez un revêtement plus épais pour le brasage en 2 ou multi-passes. OSP fournit des pastilles plates, est sans plomb et conforme RoHS et fournit un joint de soudure très fiable lorsqu'il est stocké et manipulé correctement. La couche mince OSP est moins chère que HAL. Épais - presque le même que HAL.

Cependant, OSP ne fournit pas de soudure aux extrémités de la pastille de cuivre pendant la refusion. L'étalement de surface de la soudure est pire qu'avec le revêtement HASL. Par conséquent, lors de l'application de la pâte, les trous dans le pochoir doivent être d'une taille égale à la zone de contact. Sinon, toute la surface de la pastille ne sera pas recouverte de soudure (bien que ce défaut ne soit que cosmétique, la fiabilité de la connexion reste très bonne). Les surfaces en cuivre qui ne sont pas soudées s'oxydent avec le temps, ce qui peut nuire aux réparations. Il y a aussi le problème du mouillage des trous plaqués lors du soudage à la vague. Une quantité suffisamment importante de flux doit être appliquée avant de souder, le flux doit entrer dans les trous pour que la soudure mouille le trou de l'intérieur et forme un congé au dos de la carte. Les inconvénients de ce revêtement incluent également : un temps de stockage court avant utilisation, une incompatibilité avec les solvants terpéniques, des limitations de testabilité lors des tests en circuit et fonctionnels (qui sont partiellement résolus en appliquant de la pâte à souder aux points de contrôle). Si vous avez opté pour l'OSP, nous vous recommandons d'utiliser les revêtements ENTEK d'Enthone (ENTEK PLUS, ENTEK PLUS HT), car ils offrent la meilleure combinaison de mouillabilité, de fiabilité de connexion et de multi-passes.

Développement de

Jetons un coup d'œil à un processus de développement typique pour un PCB à 1-2 couches.
-Détermination des dimensions (pas indispensable pour une maquette).
-Sélection de l'épaisseur du matériau du panneau à partir d'un certain nombre de normes :
-Le matériau le plus couramment utilisé est de 1,55 mm d'épaisseur.
-Dessiner dans le programme CAD dans la couche BOARD des dimensions (bords) de la planche.
-Emplacement des gros composants radio: connecteurs, etc. Cela se produit généralement dans la couche supérieure (TOP):
-On considère que les dessins de chaque composant, l'emplacement et le nombre de broches, etc. ont déjà été déterminés (ou des bibliothèques de composants prêtes à l'emploi sont utilisées).
Étaler le reste des composants sur la couche supérieure ou, moins fréquemment, sur les deux couches pour les panneaux à 2 faces.
-Démarrage du traceur. Si le résultat n'est pas satisfaisant, les composants sont réarrangés. Ces deux étapes sont souvent exécutées des dizaines ou des centaines de fois de suite.
Dans certains cas, le traçage des circuits imprimés (traces de tracé) se fait manuellement en tout ou en partie.
-Vérifier les erreurs sur la carte (DRC, Design Rules Check) : vérifier les écarts, les courts-circuits, les chevauchements de composants, etc.
-Exportez le fichier dans un format accepté par le fabricant de PCB, tel que Gerber.

Fabrication

La production de circuits imprimés est généralement comprise comme le traitement d'une pièce (matériau en feuille). Un processus typique se compose de plusieurs étapes : perçage des vias, étirage des conducteurs en enlevant l'excès de feuille de cuivre, placage des trous, application de revêtements de protection et d'étamage, et marquage.

Obtenir un dessin des conducteurs

Dans la fabrication des panneaux, des méthodes chimiques, électrolytiques ou mécaniques sont utilisées pour reproduire le motif conducteur requis, ainsi que leurs combinaisons.

Méthode chimique

La méthode chimique de fabrication de cartes de circuits imprimés à partir d'un matériau en feuille fini consiste en deux étapes principales : l'application d'une couche protectrice sur la feuille et la gravure des zones non protégées par des méthodes chimiques.

Dans l'industrie, la couche protectrice est appliquée photochimiquement à l'aide d'une résine photosensible sensible aux ultraviolets, d'un photomasque et d'une source de lumière ultraviolette. Le photoresist peut être liquide ou film. La résine photosensible liquide est appliquée dans un environnement industriel car elle est sensible au non-respect de la technologie d'application. La résine photosensible est populaire pour la fabrication artisanale de PCB. Le photomasque est un matériau transparent aux UV avec un motif de piste imprimé. Après exposition, la résine photosensible se développe et durcit comme dans un processus photo conventionnel.

La couche protectrice sous forme de vernis ou de peinture peut être sérigraphiée ou appliquée manuellement. Pour former un masque de gravure sur la feuille, les radioamateurs utilisent le transfert de toner à partir d'une image imprimée sur une imprimante laser ("laser-ironing technology").

Ensuite, la feuille non protégée est gravée dans une solution de chlorure ferrique ou (beaucoup moins souvent) d'autres produits chimiques, tels que le sulfate de cuivre. Après la gravure, le motif protecteur est lavé de la feuille.

Méthode mécanique

La méthode de fabrication mécanique implique l'utilisation de fraiseuses et de machines de gravure ou d'autres outils pour l'élimination mécanique de la couche de feuille à partir de zones spécifiées.
-Trous de métallisation
-Application de revêtements

Revêtements possibles tels que :
- Enductions de vernis protecteur ("masque de soudure").
-Étamage.
-Revêtement de la feuille avec des métaux inertes (dorure, placage palladium) et des vernis conducteurs pour améliorer les propriétés de contact.
-Enduits décoratifs et informatifs (marquage).

PCB multicouches

Les cartes de circuits imprimés multicouches (en abrégé MPP [source ?], en anglais. Carte de circuits imprimés multicouches) sont utilisées dans les cas où le câblage des connexions sur une carte double face devient trop compliqué. À mesure que la complexité des dispositifs conçus et la densité de montage augmentent, le nombre de couches sur les cartes augmente.

Dans les cartes multicouches, les couches externes (ainsi que les trous traversants) sont utilisées pour le placement des composants, tandis que les couches internes contiennent des interconnexions ou des plans d'alimentation solides (polygones). Les vias plaqués sont utilisés pour connecter les conducteurs entre les couches. Dans la fabrication de cartes de circuits imprimés multicouches, les couches internes sont d'abord fabriquées, qui sont ensuite collées à l'aide d'espaceurs adhésifs spéciaux (préimprégnés). En outre, le pressage, le perçage et la métallisation des vias sont effectués.

Conception de circuits imprimés multicouches

Considérons une conception typique d'une carte multicouche (Fig. 1). Dans la première version, la plus courante, les couches intérieures de la carte sont constituées de fibre de verre laminée de cuivre double face, appelée "noyau". Les couches externes sont constituées d'une feuille de cuivre qui est pressée dans les couches internes à l'aide d'un liant résineux appelé « préimprégné ». Après pressage à haute température, un "gâteau" d'une carte de circuit imprimé multicouche est formé, dans lequel des trous sont encore percés et plaqués. La deuxième option est moins courante, lorsque les couches externes sont formées de "noyaux" maintenus ensemble par du préimprégné. Il s'agit d'une description simplifiée et de nombreuses autres conceptions existent sur la base de ces options. Cependant, le principe de base est que le préimprégné agit comme un matériau de liaison entre les couches. Évidemment, il ne peut pas y avoir de situation où deux "noyaux" double face sont adjacents sans espaceur préimprégné, mais la structure feuille-préimprégné-feuille-préimprégné ... etc. est possible et est souvent utilisée dans des planches avec des combinaisons complexes de trous borgnes et cachés.

Trous aveugles et cachés

Le terme " trous borgnes « Désigne les transitions qui relient la couche externe aux couches internes les plus proches et n'ont pas de sortie vers la deuxième couche externe. Il vient du mot anglais blind, et est analogue au terme "blindholes". Cachés, ou enterrés (de l'anglais enterré), des trous sont pratiqués dans les couches internes et n'ont pas de sortie vers l'extérieur. Les options les plus simples pour les trous borgnes et cachés sont illustrées à la Fig. 2. Leur utilisation est justifiée dans le cas de câblages très denses ou pour des cartes très riches en composants planaires des deux côtés. La présence de ces trous entraîne une augmentation du coût de la carte d'une fois et demie à plusieurs fois, mais dans de nombreux cas, en particulier lors du routage de microcircuits dans un boîtier BGA avec un petit pas, ils ne peuvent être évités. Il existe différentes manières de former de tels vias, elles sont décrites plus en détail dans la section Cartes avec trous borgnes et cachés, mais pour l'instant, considérons plus en détail les matériaux à partir desquels une carte multicouche est construite.

Diélectriques de base pour circuits imprimés
Les principaux types et paramètres de matériaux utilisés pour la fabrication de MPP sont présentés dans le tableau 1. Les conceptions typiques de cartes de circuits imprimés sont basées sur l'utilisation de fibre de verre FR4 standard, avec une température de fonctionnement, en règle générale, de -50 à +110 °C, température de transition vitreuse (destruction) Tg environ 135°C. Sa constante diélectrique Dk peut aller de 3,8 à 4,5, selon le fournisseur et le type de matériau. Avec des exigences accrues en matière de résistance à la chaleur ou lors du montage de panneaux dans un four utilisant la technologie sans plomb (t jusqu'à 260 ° C), le FR4 High Tg ou FR5 à haute température est utilisé. Lorsque les exigences d'un fonctionnement continu à des températures élevées ou avec des changements de température soudains, le polyimide est utilisé. De plus, le polyimide est utilisé pour la fabrication de cartes avec une fiabilité accrue, pour des applications militaires, ainsi que dans les cas où une rigidité diélectrique accrue est requise. Pour les cartes avec circuits micro-ondes (plus de 2 GHz), des couches séparées de matériau micro-ondes sont utilisées, ou la carte est entièrement constituée de matériau micro-ondes (Fig. 3). Les fournisseurs les plus connus de matériaux spéciaux sont Rogers, Arlon, Taconic, Dupont. Le coût de ces matériaux est supérieur au FR4 et est classiquement indiqué dans la dernière colonne du tableau 1 par rapport au coût du FR4. Des exemples de cartes avec différents types de diélectriques sont illustrés à la Fig. 4, 5.

Épaisseur de matériau
Connaître les épaisseurs disponibles des matériaux est important pour un ingénieur non seulement pour façonner l'épaisseur globale de la planche. Lors de la conception d'un MPP, les développeurs sont confrontés à des tâches telles que :
- calcul de la résistance d'onde des conducteurs sur la carte ;
- calcul de la valeur de l'isolation haute tension intercalaire ;
- sélection de la structure des trous borgnes et cachés.
Les options disponibles et les épaisseurs de divers matériaux sont indiquées dans les tableaux 2-6. Il convient de garder à l'esprit que la tolérance pour l'épaisseur du matériau va généralement jusqu'à ± 10%, par conséquent, la tolérance pour l'épaisseur du panneau multicouche fini ne peut pas être inférieure à ± 10%.

Tableau 2. « Noyaux » FR4 double face pour les couches internes de la carte de circuit imprimé Épaisseur du diélectrique et épaisseur du cuivre 5 m 17 m 35 m 70 m 105 m
0,050 mm z z
0,075 mm m z z
0,100 mm z z
0,150 mm
0,200 mm m z z
0,250 mm
0,300 mm
0,350 mm m z z
0,400 mm z z
0,450 mm
0,710 mm m z z
0,930 mm mz
1 000 mm h
Plus de 1 mm h

Habituellement en stock;
h - Sur demande (pas toujours disponible)
m - Peut être fabriqué ;
Remarque : pour assurer la fiabilité des cartes finies, il est important de savoir que pour les couches internes étrangères, nous préférons utiliser des noyaux avec une feuille de 35 microns plutôt que de 18 microns (même avec une largeur de conducteur et un écart de 0,1 mm). Cela améliore la fiabilité des circuits imprimés.
La constante diélectrique des noyaux FR4 peut aller de 3,8 à 4,4, selon la marque.

Revêtements de plaquettes de PCB

Considérons quels sont les revêtements des tampons en cuivre. Le plus souvent, les plaquettes sont recouvertes d'un alliage étain-plomb, ou POS. La méthode d'application et de nivellement de la surface de la soudure est appelée HAL ou HASL (de l'anglais Hot Air Solder Leveling - nivellement de la soudure avec de l'air chaud). Ce revêtement offre la meilleure soudabilité des pastilles. Cependant, il est remplacé par des revêtements plus modernes, généralement conformes aux exigences de la directive internationale RoHS. Cette directive exige l'interdiction de la présence de substances nocives, dont le plomb, dans les produits. Jusqu'à présent, RoHS ne s'applique pas au territoire de notre pays, mais se souvenir de son existence est utile. Nous décrirons les problèmes liés à RoHS dans l'une des sections suivantes, pour l'instant familiarisons-nous avec les options possibles pour couvrir les sites du PAM. HASL est utilisé universellement, sauf indication contraire. Le placage d'or par immersion (chimique) est utilisé pour fournir une surface de carte plus lisse (ceci est particulièrement important pour les plaquettes BGA), mais a une soudabilité légèrement inférieure. Le brasage au four est réalisé en utilisant approximativement la même technologie que le HASL, mais le brasage manuel nécessite l'utilisation de flux spéciaux. Un revêtement organique, ou OSP, protège la surface du cuivre de l'oxydation. Son inconvénient est la courte durée de conservation pour la soudabilité (moins de 6 mois). L'étain d'immersion offre une surface plane et une bonne soudabilité, bien qu'il ait également une durée de vie limitée. Le HAL sans plomb a les mêmes propriétés que le plomb, mais la composition de la soudure est d'environ 99,8 % d'étain et 0,2 % d'additifs. Les contacts des connecteurs couteaux, qui sont soumis à des frottements lors du fonctionnement de la carte, sont plaqués électrolytiquement d'une couche d'or plus épaisse et plus rigide. Pour les deux types de dorure, une sous-couche de nickel est utilisée pour éviter la diffusion de l'or.

Revêtements protecteurs et autres types de revêtements de circuits imprimés
Par souci d'exhaustivité, tenez compte de l'objectif fonctionnel et des matériaux des revêtements des cartes de circuits imprimés.
- Masque de soudure - appliqué sur la surface de la carte pour protéger les conducteurs des courts-circuits accidentels et de la saleté, ainsi que pour protéger la fibre de verre des chocs thermiques pendant la soudure. Le masque ne supporte aucune autre charge fonctionnelle et ne peut servir de protection contre l'humidité, les moisissures, les pannes, etc. (sauf lors de l'utilisation de types de masques spéciaux).
- Marquage - appliqué sur la carte avec de la peinture sur le masque pour simplifier l'identification de la carte elle-même et des composants qui s'y trouvent.
- Masque pelable - appliqué sur des zones spécifiées de la carte, qui doivent être temporairement protégées, par exemple contre les soudures. À l'avenir, il sera facile de l'enlever, car il s'agit d'un composé caoutchouteux et se décolle simplement.
- Revêtement de contact en carbone - appliqué à certains endroits sur la carte comme champs de contact pour les claviers. Le revêtement a une bonne conductivité, non-oxydation et résistance à l'usure.
- Éléments résistifs en graphite - peuvent être appliqués à la surface de la carte pour remplir la fonction de résistances. Malheureusement, la précision des valeurs nominales est faible - pas plus précise que ± 20% (avec rognage laser - jusqu'à 5%).
- Sangles de contact en argent - peuvent être appliquées comme conducteurs supplémentaires, créant une autre couche conductrice lorsqu'il n'y a pas assez d'espace de routage. Ils sont principalement utilisés pour les circuits imprimés simple couche et double face.

Conclusion
Le choix des matériaux est grand, mais, malheureusement, souvent dans la fabrication de petites et moyennes séries de circuits imprimés, la pierre d'achoppement est la disponibilité des matériaux nécessaires dans l'entrepôt de l'usine - le fabricant du MPP. Par conséquent, avant de concevoir un MPP, en particulier lorsqu'il s'agit de créer une conception atypique et l'utilisation de matériaux atypiques, il est impératif de se mettre d'accord avec le fabricant sur les matériaux et les épaisseurs de couche utilisés dans le MPP, et peut-être de commander ces matériaux à l'avance.