Isprintana matična ploča

Tiskana ploča s elektroničkim komponentama montiranim na nju.

Fleksibilna tiskana ploča s ugrađenim volumetrijskim i površinska montaža.

Crtanje ploče u CAD programu i gotova ploča

Uređaj

Također, osnova tiskanih ploča može biti metalna baza obložena dielektrikom (na primjer, anodizirani aluminij); bakrena folija staza nanesena je na vrh dielektrika. Takve tiskane pločice koriste se u energetskoj elektronici za učinkovito odvođenje topline s elektroničkih komponenti. U ovom slučaju, metalna baza ploče je pričvršćena na radijator.

Materijal koji se koristi za tiskane ploče koje rade u mikrovalnom području i na temperaturama do 260 °C je fluoroplastika, ojačana staklenim vlaknima (npr. FAF-4D) i keramika.

• GOST 2.123-93 Jedinstveni sustav projektne dokumentacije. Cjelovitost projektne dokumentacije za tiskane pločice u projektiranju uz pomoć računala.
• GOST 2.417-91 Jedinstveni sustav projektne dokumentacije. Tiskane ploče. Pravila za izvođenje crteža.

Ostali PCB standardi:

• GOST R 53386-2009 Tiskane ploče. Pojmovi i definicije.
• GOST R 53429-2009 Tiskane ploče. Osnovni parametri projektiranja. Ovaj GOST određuje klase točnosti tiskanih pločica i odgovarajuće geometrijske parametre.

Tipičan proces

Pogledajmo tipičan proces za razvoj ploče iz gotovog dijagrama strujnog kruga:

• Prijevod dijagrama strujnog kruga u CAD bazu podataka ožičenja isprintana matična ploča. Unaprijed se određuju crteži svake komponente, položaj i svrha klinova itd. Obično se koriste gotove biblioteke komponenti koje su dostavili programeri CAD-a.
• Raspitajte se kod budućeg proizvođača tiskane pločice o njenim tehnološkim mogućnostima (raspoloživi materijali, broj slojeva, klasa točnosti, dopušteni promjeri rupa, mogućnost premazivanja i dr.).
• Određivanje dizajna tiskane pločice (dimenzije, točke ugradnje, dopuštene visine komponente).
  • Iscrtavanje dimenzija (rubova) ploče, izrezi i rupe, područja gdje je zabranjeno postavljanje komponenti.
  • Položaj strukturno povezanih dijelova: konektori, indikatori, gumbi itd.
  • Odabir materijala ploče, broja slojeva metalizacije, debljine materijala i debljine folije (najčešće se koristi stakloplastika debljine 1,5 mm s folijom debljine 18 ili 35 mikrona).
• Izvršite automatsko ili ručno postavljanje komponenti. Obično pokušavaju postaviti komponente s jedne strane ploče jer je montiranje dijelova s ​​obje strane osjetno skuplje za proizvodnju.
• Pokrenite tragač. Ako rezultat nije zadovoljavajući, komponente se ponovno postavljaju. Ova se dva koraka često izvode desetke ili stotine puta zaredom. U nekim slučajevima, PCB praćenje (usmjeravanje staze) izrađuje se u cijelosti ili djelomično ručno.
• Provjera grešaka na ploči ( DRC, Provjera pravila dizajna): provjera praznina, kratkih spojeva, preklapajućih komponenti itd.
• Izvezite datoteku u format koji prihvaća proizvođač PCB-a, kao što je Gerber.
• Izrada popratne napomene u kojoj se u pravilu navodi vrsta materijala folije, promjeri bušenja svih vrsta rupa, vrsta otvora (zatvoreni lakom ili otvoreni, kalajisani), područja galvanskih prevlaka i njihova vrsta, boja maske za lemljenje , potreba za označavanjem, način odvajanja ploča (glodanje ili rezanje), itd.

Proizvodnja

PP se može proizvoditi aditivnim ili subtraktivnim metodama. U aditivnoj metodi, vodljivi uzorak se oblikuje na materijalu koji nije folija kemijskim bakrenjem kroz zaštitnu masku prethodno nanesenu na materijal. Kod subtraktivne metode, vodljivi uzorak se formira na materijalu folije uklanjanjem nepotrebnih dijelova folije. U modernoj industriji koristi se isključivo subtraktivna metoda.

Cijeli proces proizvodnje tiskanih pločica može se podijeliti u četiri faze:

• Izrada blankova (folijski materijal).
• Obrada izratka radi dobivanja željenog električnog i mehaničkog izgleda.
• Ugradnja komponenti.
• Testiranje.

Često se izrada tiskanih pločica odnosi samo na obradu izratka (folijskog materijala). Tipičan proces obrade folijskog materijala sastoji se od nekoliko faza: bušenje otvora, dobivanje uzorka vodiča uklanjanjem viška bakrene folije, oblaganje rupa, nanošenje zaštitnih premaza i kalajisanja te nanošenje oznaka. Za višeslojne tiskane pločice dodaje se prešanje konačne pločice iz nekoliko pločica.

Proizvodnja folijskog materijala

Materijal folije je ravna ploča dielektrika na koju je zalijepljena bakrena folija. U pravilu se kao dielektrik koristi stakloplastika. U staroj ili vrlo jeftinoj opremi, tekstolit se koristi na osnovi tkanine ili papira, koji se ponekad naziva getinax. Mikrovalni uređaji koriste polimere koji sadrže fluor (fluoroplastiku). Debljina dielektrika određena je potrebnom mehaničkom i električnom čvrstoćom, a najčešća debljina je 1,5 mm.

Kontinuirani list bakrene folije zalijepljen je na dielektrik s jedne ili obje strane. Debljina folije određena je strujama za koje je ploča predviđena. Najviše se koriste folije debljine 18 i 35 mikrona. Ove vrijednosti temelje se na standardnim debljinama bakra u uvezenim materijalima, u kojima se debljina sloja bakrene folije izračunava u uncama (oz) po kvadratnoj stopi. 18 mikrona odgovara ½ oz, a 35 mikrona odgovara 1 oz.

Aluminijski PCB-ovi

Posebnu skupinu materijala čine aluminijske metalne tiskane ploče. Mogu se podijeliti u dvije skupine.

Prva skupina su rješenja u obliku aluminijskog lima s kvalitetnom oksidiranom površinom na koju je zalijepljena bakrena folija. Takve se ploče ne mogu bušiti, pa se obično izrađuju samo jednostrano. Obrada takvih folijskih materijala provodi se tradicionalnim kemijskim tehnologijama tiska.

Druga skupina uključuje stvaranje vodljivog uzorka izravno u aluminijskoj bazi. U tu svrhu, aluminijski lim se oksidira ne samo na površini, već i po cijeloj dubini baze prema obrascu vodljivih područja koje određuje fotomaska.

Obrada obratka

Dobivanje uzorka žice

U proizvodnji tiskanih ploča koriste se kemijske, elektrolitičke ili mehaničke metode za reprodukciju potrebnog vodljivog uzorka, kao i njihove kombinacije.

Kemijska metoda

Kemijska metoda za proizvodnju tiskanih ploča od gotovog folijskog materijala sastoji se od dvije glavne faze: nanošenje zaštitnog sloja na foliju i jetkanje nezaštićenih područja kemijske metode.

U industriji se zaštitni sloj nanosi fotolitografijom pomoću fotorezista osjetljivog na ultraljubičasto zračenje, fotomaske i izvora ultraljubičastog svjetla. Bakrena folija se potpuno prekriva fotorezistom, nakon čega se uzorak tragova s ​​fotomaske osvjetljavanjem prenosi na fotorezist. Izloženi fotorezist se ispere, izlažući bakrenu foliju za jetkanje; neeksponirani fotorezist se fiksira na foliju, štiteći je od jetkanja.

Fotorezist može biti tekući ili filmski. Nanosi se tekući fotorezist industrijskim uvjetima budući da je osjetljiv na nepridržavanje tehnologije primjene. Film fotorezist je popularan kada ručni rad ploče, ali su skuplje. Fotomaska ​​je UV proziran materijal na kojem je otisnut trag. Nakon izlaganja, fotorezist se razvija i fiksira kao u konvencionalnom fotokemijskom postupku.

U amaterskim uvjetima zaštitni sloj u obliku laka ili boje može se nanijeti sitotiskom ili ručno. Za oblikovanje maske za jetkanje na foliji, radioamateri koriste prijenos tonera sa slike otisnute na laserskom pisaču ("tehnologija laserskog željeza").

Jetkanje folije odnosi se na kemijski proces pretvaranja bakra u topive spojeve. Nezaštićena folija jetka se najčešće u otopini željeznog klorida ili u otopini drugih kemikalija, kao što su bakar sulfat, amonij persulfat, amonijak bakar klorid, amonijak bakar sulfat, na bazi klorita, na bazi kromnog anhidrida. Kada se koristi željezni klorid, proces jetkanja ploče odvija se na sljedeći način: FeCl 3 +Cu → FeCl 2 +CuCl. Tipična koncentracija otopine je 400 g/l, temperatura do 35°C. Kada se koristi amonijev persulfat, proces nagrizanja ploče odvija se na sljedeći način: (NH 4) 2 S 2 O 8 +Cu → (NH 4) 2 SO 4 +CuSO 4.

Nakon jetkanja, zaštitni uzorak se ispire s folije.

Mehanička metoda

Metoda mehaničke proizvodnje uključuje upotrebu strojeva za glodanje i graviranje ili drugih alata za mehaničko uklanjanje sloja folije s određenih područja.

Lasersko graviranje

Sve donedavno lasersko graviranje tiskanih pločica nije bilo rašireno zbog dobrih reflektirajućih svojstava bakra na valnoj duljini najčešćih plinskih CO lasera velike snage. Zbog napretka u području laserske tehnologije, počele su se pojavljivati ​​industrijske instalacije za izradu prototipa temeljene na laseru.

Metalizacija rupa

Via i montažne rupe mogu se bušiti, bušiti mehanički (u mekim materijalima kao što je getinax) ili laserom (vrlo tanki viasi). Metalizacija rupa obično se vrši kemijski ili mehanički.

Mehanička metalizacija rupa izvodi se posebnim zakovicama, zalemljenim žicama ili ispunjavanjem rupa vodljivim ljepilom. Mehanička metoda je skupa za proizvodnju i stoga se koristi izuzetno rijetko, obično u vrlo pouzdanim jednodijelnim rješenjima, posebnoj visokostrujnoj opremi ili radioamaterskim uvjetima.

Prilikom kemijske metalizacije prvo se izbuše rupice u obrascu folije, zatim se metaliziraju, a tek onda se folija jetka kako bi se dobio uzorak tiska. Kemijska metalizacija rupa je višefazni složeni proces koji je osjetljiv na kvalitetu reagensa i pridržavanje tehnologije. Stoga se praktički ne koristi u amaterskim radio uvjetima. Pojednostavljeno, sastoji se od sljedećih koraka:

• Nanošenje stijenki otvora vodljive podloge na dielektrik. Ova podloga je vrlo tanka i krhka. Primjenjuje se kemijskim taloženjem metala iz nestabilnih spojeva kao što je paladijev klorid.
• Na dobivenu podlogu vrši se elektrolitičko ili kemijsko taloženje bakra.
• Na kraju proizvodnog ciklusa koristi se ili vruće kalajisanje za zaštitu prilično rastresitog nataloženog bakra ili se rupa štiti lakom (maska ​​za lem). Loša kvaliteta, nepokositreni viasi jedan su od najčešćih uzroka elektroničkih kvarova.

Prešanje višeslojnih ploča

Višeslojne ploče (s više od 2 sloja metalizacije) sastavljene su od hrpe tankih dvoslojnih ili jednoslojnih tiskanih pločica izrađenih tradicionalan način(osim vanjskih slojeva vrećice - oni su ostali s folijom netaknuti za sada). Skupljaju se kao "sendvič" sa posebne brtve(preprezi). Zatim se vrši prešanje u peći, bušenje i metalizacija otvora. Na kraju se urezuje folija vanjskih slojeva.

Via rupe u takvim pločama također se mogu napraviti prije prešanja. Ako se rupe naprave prije prešanja, tada je moguće dobiti ploče s tzv.

Premazivanje

Mogući premazi uključuju:

• Zaštitni i dekorativni premazi lakova ("maska ​​za lemljenje"). Obično ima karakterističnu zelenu boju.
• Kositrenje. Štiti bakrenu površinu, povećava debljinu vodiča i olakšava ugradnju komponenti. Obično se izvodi uranjanjem u kupku za lemljenje ili val lemljenja.
• Galvanizacija folije inertnim metalima (pozlata, paladizacija) i vodljivim lakovima za poboljšanje kontaktnih svojstava konektora i membranskih tipkovnica.
• Dekorativne i informativne obloge (označavanje). Obično se primjenjuje sitotiskom, rjeđe - inkjet ili laserom.

Mehanička restauracija

Mnoge pojedinačne ploče često se postavljaju na jedan list obratka. One prolaze cijeli proces obrade folije kao jedna ploča i tek na kraju se pripremaju za odvajanje. Ako su daske pravokutne, tada se glodaju ne-prolazni utori, koji olakšavaju naknadno lomljenje dasaka (scribing, od engleskog. pisar ogrebati). Ako daske imaju složen oblik, tada se vrši glodanje, ostavljajući uske mostove kako se daske ne bi raspale. Za ploče bez metalizacije, umjesto glodanja, ponekad se izbuši niz rupa s malim koracima. Bušenje montažnih (nemetaliziranih) rupa također se događa u ovoj fazi.

Vidi također: GOST 23665-79 Tiskane ploče. Obrada kontura. Zahtjevi za standardne tehnološke procese.

Prema standardnom tehničkom procesu, odvajanje ploča od obratka događa se nakon ugradnje komponenti.

Ugradnja komponenti

Lemljenje je primarna metoda sastavljanja komponenti na tiskane ploče. Lemljenje se može obaviti ručno pomoću lemilice ili korištenjem posebno razvijenih specifičnih tehnologija.

Lemljenje valovima

Glavna metoda automatiziranog grupnog lemljenja olovnih komponenti. Pomoću mehaničkih aktivatora stvara se dugi val rastaljenog lema. Daskom se prelazi preko vala tako da val jedva dodiruje donju površinu daske. U ovom slučaju, vodiči unaprijed instaliranih komponenti vodiča namočeni su valom i zalemljeni na ploču. Flux se nanosi na ploču spužvastim pečatom.

Lemljenje u pećnicama

Glavna metoda grupnog lemljenja planarnih komponenti. Posebna pasta za lemljenje (prah za lemljenje u obliku topitelja) nanosi se na kontaktne pločice tiskane pločice putem šablone. Zatim se postavljaju planarne komponente. Ploča s ugrađenim komponentama zatim se dovodi u posebnu peć gdje se aktivira pasta za lemljenje i prah za lemljenje se topi, lemijući komponentu.

Ako se takva ugradnja komponenti izvodi s obje strane, tada se ploča podvrgava ovom postupku dva puta - zasebno za svaku stranu ugradnje. Teške planarne komponente montirane su na kuglice ljepila koje ih sprječavaju da padnu s okrenute ploče tijekom drugog lemljenja. Lagane komponente drže se na ploči pomoću površinske napetosti lema.

Nakon lemljenja ploča se tretira otapalima kako bi se uklonili ostaci topitelja i druga onečišćenja ili, kada se koristi pasta za lemljenje koja se ne čisti, ploča je odmah spremna za određene radne uvjete.

Instaliranje komponenti

Instalacija komponenti može se izvesti ručno ili pomoću posebnih automatskih instalatera. Automatska instalacija smanjuje vjerojatnost pogreške i znatno ubrzava proces (najbolji strojevi instaliraju nekoliko komponenti u sekundi).

Završni premazi

Nakon lemljenja, tiskana ploča s komponentama premazuje se zaštitnim spojevima: vodoodbojnim sredstvima, lakovima, sredstvima za zaštitu otvorenih kontakata.

Slične tehnologije

Hibridne podloge za čipove su nešto slično keramičkoj tiskanoj pločici, ali obično koriste različite tehničke procese:

• sitotisak vodiča s metaliziranom pastom nakon čega slijedi sinteriranje paste u peći. Tehnologija omogućuje višeslojno ožičenje vodiča zbog mogućnosti nanošenja sloja izolatora na sloj vodiča koristeći iste metode sitotiska.
• Taloženje metala kroz šablonu.

Što predstavlja tiskani ploče A?

Tiskano ploče A ili ploče A, je ploča ili ploča koja se sastoji od jednog ili dva vodljiva uzorka smještena na površini dielektrične baze, ili sustav vodljivih uzoraka smještenih u volumenu i na površini dielektrične baze, međusobno povezanih u skladu s dijagramom strujnog kruga, namijenjen za električno spajanje i mehaničko pričvršćivanje elektroničkih proizvoda, kvantne elektronike i na njoj instaliranih električnih proizvoda - pasivnih i aktivnih elektroničkih komponenti.

Najjednostavnije tiskani ploče oh je ploče A, koji s jedne strane sadrži bakrene vodiče tiskani ploče s a povezuje elemente provodnog uzorka samo na jednoj svojoj površini. Takav ploče s poznat kao jednoslojni tiskani ploče s ili jednostrano tiskani ploče s(skraćeno kao AKI).

Danas najpopularniji u proizvodnji i najrašireniji tiskani ploče s, koji sadrže dva sloja, odnosno sadrže vodljivi uzorak s obje strane ploče s– dvostrani (dvoslojni) tiskani ploče s(skraćeno DPP). Prolazni spojevi služe za spajanje vodiča između slojeva. montaža metalizirane i prijelazne rupe. Međutim, ovisno o fizičkoj složenosti dizajna tiskani ploče s, kada je ožičenje s obje strane ploče ne postaje previše složen u proizvodnji narudžba dostupno višeslojno tiskani ploče s(skraćeno MPP), gdje se vodljivi uzorak ne formira samo na dvije vanjske strane ploče s, ali i u unutarnjim slojevima dielektrika. Ovisno o složenosti, višeslojni tiskani ploče s može biti izrađen od 4,6,...24 ili više slojeva.

Za montaža A elektroničke komponente uključene tiskani ploče s, potrebna je tehnološka operacija - lemljenje, kojom se postiže trajni spoj dijelova izrađenih od različitih metala uvođenjem rastaljenog metala - lem, koji ima više niske temperature topljenje od materijala dijelova koji se spajaju. Zalemljeni kontakti dijelova, kao i lem i prašak, dovode se u kontakt i podvrgavaju zagrijavanju na temperaturi iznad tališta lemljenja, ali ispod temperature taljenja dijelova koji se leme. Kao rezultat toga, lem prelazi u tekuće stanje i vlaži površine dijelova. Nakon toga zagrijavanje prestaje i lem prelazi u čvrstu fazu, stvarajući spoj. Ovaj se postupak može obaviti ručno ili pomoću posebne opreme.

Prije lemljenja postavljaju se komponente tiskani ploče vodi komponente u prolazne rupe ploče s a lemljeni su na kontaktne pločice i/ili metaliziranu unutarnju površinu provrta – tzv. tehnologija montaža A u rupe (THT Through Hole Technology - tehnologija montaža A u rupe ili drugim riječima - pribadača montaža ili DIP montaža). Također, naprednija površinska tehnologija postala je sve raširenija, posebno u masovnoj i velikoj proizvodnji. montaža A- također se naziva TMP (tehnologija montaža A na površinu) ili SMT(tehnologija površinske montaže) ili SMD tehnologija (od surface mount device - uređaj postavljen na površinu). Njegova glavna razlika od "tradicionalne" tehnologije montaža A u rupe je da su komponente montirane i zalemljene na podloge, koje su dio vodljivog uzorka na površini tiskani ploče s. U površinskoj tehnologiji montaža A Obično se koriste dvije metode lemljenja: reflow lemljenje pastom za lemljenje i valovito lemljenje. Glavna prednost metode valovitog lemljenja je mogućnost istovremenog lemljenja obje površinski montirane komponente ploče s, i u rupe. U isto vrijeme, valovito lemljenje je najproduktivnija metoda lemljenja kada montaža e u rupe. Reflow lemljenje temelji se na upotrebi posebnog tehnološkog materijala - paste za lemljenje. Sadrži tri glavne komponente: lem, topilo (aktivatore) i organska punila. Lemljenje zalijepiti nanosi se na kontaktne pločice pomoću dozatora ili kroz šablona, zatim se elektroničke komponente ugrađuju s vodovima na pastu za lemljenje, a zatim se provodi postupak pretapanja lema koji se nalazi u pasti za lemljenje posebne peći zagrijavanjem tiskani ploče s sa komponentama.

Kako bi se izbjeglo i/ili spriječilo slučajno kratko spajanje vodiča iz različitih krugova tijekom procesa lemljenja, proizvođači tiskani ploče koristite zaštitnu masku za lemljenje (engleska solder mask; poznata i kao "briljantna") - sloj izdržljivog polimerni materijal, dizajniran za zaštitu vodiča od ulaska lema i fluksa tijekom lemljenja, kao i od pregrijavanja. Lemljenje maska pokriva vodiče i ostavlja izložene jastučiće i nožaste konektore. Najčešće boje maski za lemljenje koje se koriste u tiskani ploče A x - zelena, zatim crvena i plava. Treba imati na umu da lemljenje maska ne štiti ploče od vlage tijekom rada ploče s a za zaštitu od vlage koriste se posebni organski premazi.

U najpopularnijim CAD programima tiskani ploče i elektroničkih uređaja (skraćeno CAD - CAM350, P-CAD, Protel DXP, SPECCTRA, OrCAD, Allegro, Expedition PCB, Genesis), u pravilu postoje pravila povezana s maskom za lemljenje. Ova pravila definiraju udaljenost/odmak koji se mora održavati između ruba podloge za lemljenje i ruba maske za lemljenje. Ovaj koncept ilustriran je na slici 2(a).

Sitotisak ili označavanje.

Označavanje (eng. Silkscreen, legenda) je proces u kojem proizvođač nanosi podatke o elektroničkim komponentama i koji pomaže olakšati proces sastavljanja, pregleda i popravka. Obično se oznake primjenjuju za označavanje referentnih točaka i položaja, orijentacije i ocjene elektroničkih komponenti. Također se može koristiti za bilo koju svrhu dizajna tiskani ploče, na primjer, navedite naziv tvrtke, upute za postavljanje (ovo se široko koristi u starim matičnim pločama ploče A x osobna računala), itd. Označavanje se može staviti na obje strane ploče s a najčešće se nanosi sitotiskom (sitotiskom) posebnom bojom (termički ili UV stvrdnjavanjem) bijele, žute ili crne boje. Slika 2 (b) prikazuje oznaku i područje komponenti, napravljenih bijelim oznakama.

Struktura slojeva u CAD-u

Kao što je navedeno na početku ovog članka, tiskani ploče s mogu biti izrađene od više slojeva. Kada tiskani ploče A dizajniran pomoću CAD-a, često se može vidjeti u strukturi tiskani ploče s nekoliko slojeva koji ne odgovaraju potrebnim slojevima s ožičenjem od vodljivog materijala (bakar). Na primjer, slojevi za označavanje i masku za lemljenje su nevodljivi slojevi. Prisutnost vodljivih i nevodljivih slojeva može dovesti do zabune, jer proizvođači koriste izraz sloj kada misle samo na vodljive slojeve. Od sada ćemo koristiti izraz "slojevi" bez "CAD" samo kada govorimo o vodljivim slojevima. Pod pojmom "CAD slojevi" podrazumijevamo sve vrste slojeva, odnosno vodljive i nevodljive slojeve.

Struktura slojeva u CAD-u:

Slika 3 prikazuje tri različite strukture slojeva. narančasta boja ističe vodljive slojeve u svakoj strukturi. Visina ili debljina strukture tiskani ploče s može varirati ovisno o namjeni, ali najčešće korištena debljina je 1,5 mm.

Vrste kućišta elektroničkih komponenti

Danas na tržištu postoji veliki izbor tipova kućišta elektroničkih komponenti. Obično postoji nekoliko vrsta kućišta za jedan pasivni ili aktivni element. Na primjer, isti mikro krug možete pronaći i u QFP paketu (od engleskog Quad Flat Package - obitelji paketa mikro krugova s ​​ravnim pinovima smještenim na sve četiri strane) iu LCC paketu (od engleskog Leadless Chip Carrier - je četvrtasto keramičko kućište niskog profila s kontaktima smještenim na dnu).

U osnovi postoje 3 velike obitelji elektroničkih kućišta:

Kontaktna ploča tiskani ploče s(Engleska zemlja)

Kontaktna ploča tiskani ploče s- dio vodljivog uzorka tiskani ploče s, koristi se za električno spajanje instaliranih elektroničkih proizvoda. Kontaktna ploča tiskani ploče s Predstavlja dijelove bakrenog vodiča izložene maski za lemljenje, gdje su zalemljeni izvodi komponenti. Postoje dvije vrste podloga – kontaktne podloge montaža rupe za montaža A u rupe i ravne jastučiće za površinu montaža A- SMD jastučići. Ponekad su SMD via jastučići vrlo slični via jastučićima. montaža A u rupe.

Slika 4 prikazuje jastučiće za 4 različite elektroničke komponente. Osam za IC1 i dva za R1 SMD pločice, redom, kao i tri pločice s rupama za Q1 i PW elektroničke komponente.

Bakreni vodiči

Bakreni vodiči koriste se za spajanje dviju točaka tiskani ploče e - na primjer, za spajanje između dvije SMD pločice (slika 5.), ili za spajanje SMD pločice na pločicu montaža otvor ili za spajanje dva priključka.

Vodiči mogu imati različite proračunske širine ovisno o strujama koje kroz njih teku. Također, pri visokim frekvencijama potrebno je izračunati širinu vodiča i razmake između njih, budući da o njihovoj duljini, širini i međusobnom položaju ovisi otpor, kapacitet i induktivitet sustava vodiča.

Kroz obložene otvore tiskani ploče s

Kada trebate spojiti komponentu koja se nalazi na gornji sloj tiskani ploče s s komponentom koja se nalazi na donjem sloju, koriste se prolazni vias koji povezuju elemente vodljivog uzorka na različitim slojevima tiskani ploče s. Ove rupe omogućuju prolaz struje tiskani ploče u. Slika 6 prikazuje dvije žice koje počinju na jastučićima komponente na gornjem sloju i završavaju na jastučićima druge komponente na donjem sloju. Svaki vodič ima svoju rupu, koja vodi struju iz gornjeg sloja u donji sloj.

Slika 6. Spajanje dva mikrokruga preko vodiča i metaliziranih otvora na različitim stranama tiskani ploče s

Slika 7 daje detaljniju ideju poprečni presjek 4-slojni tiskani ploče. Ovdje boje označavaju sljedeće slojeve:

Na modelu tiskani ploče s, Slika 7 prikazuje vodič (crveno) koji pripada gornjem vodljivom sloju, a koji prolazi kroz ploče y pomoću prolaznog otvora, a zatim nastavlja svoju putanju duž donjeg sloja (plavo).

Slika 7. Prolaz vodiča iz gornjeg sloja tiskani ploče y i nastavlja svoj put na donjem sloju.

"Slijepa" metalizirana rupa tiskani ploče s

U HDI (High Density Interconnect) tiskani ploče A x, potrebno je koristiti više od dva sloja, kao što je prikazano na slici 7. Tipično, u višeslojnim strukturama tiskani ploče s Na kojima je instalirano mnogo IC-ova, odvojeni slojevi se koriste za napajanje i uzemljenje (Vcc ili GND), te su tako vanjski signalni slojevi oslobođeni od tračnica za napajanje, što olakšava usmjeravanje signalnih žica. Također postoje slučajevi u kojima signalni vodiči moraju proći od vanjskog sloja (gornjeg ili donjeg) najkraćim putem kako bi se osigurala potrebna karakteristična impedancija, zahtjevi galvanske izolacije i završavajući sa zahtjevima za otpornost na elektrostatičko pražnjenje. Za ove vrste veza koriste se slijepe metalizirane rupe (Blind via - "slijepo" ili "slijepo"). Ovo se odnosi na spojne rupe vanjski sloj s jednim ili više unutarnjih, što vam omogućuje minimalnu visinu veze. Slijepa rupa počinje na vanjskom sloju i završava na unutarnjem sloju, zbog čega ima prefiks "slijepo".

Da biste saznali koja je rupa prisutna ploče e, možete staviti tiskani ploče iznad izvora svjetlosti i pogledajte - ako vidite svjetlost koja dolazi iz izvora kroz rupu, onda je ovo prijelazna rupa, inače je slijepa.

Slijepi otvori su korisni za korištenje u dizajnu ploče s, kada ste ograničeni veličinom i imate premalo prostora za postavljanje komponenti i usmjeravanje signalnih žica. Elektroničke komponente možete postaviti s obje strane i povećati prostor za ožičenje i druge komponente. Ako su prijelazi napravljeni kroz rupe, a ne kroz slijepe, trebat će vam dodatni prostor za rupe jer rupa zauzima prostor s obje strane. Istodobno, slijepe rupe mogu se nalaziti ispod tijela čipa - na primjer, za veliko i složeno ožičenje BGA komponente.

Slika 8 prikazuje tri rupe koje su dio četverosloja tiskani ploče s. Ako pogledamo s lijeva na desno, prvo što ćemo vidjeti je prolazna rupa kroz sve slojeve. Druga rupa počinje na gornjem sloju i završava na drugom unutarnjem sloju - L1-L2 slijepi otvor. Konačno, treća rupa počinje u donjem sloju i završava u trećem sloju, pa kažemo da je slijepa preko L3-L4.

Glavni nedostatak ove vrste rupa je viši trošak proizvodnje tiskani ploče s sa slijepim rupama, u usporedbi s alternativnim prolaznim rupama.

Skriveni prolazi

Engleski Ukopan preko - "skriven", "ukopan", "ugrađen". Ovi otvori su slični slijepim otvorima, osim što počinju i završavaju na unutarnjim slojevima. Ako pogledamo sliku 9 s lijeva na desno, možemo vidjeti da prva rupa prolazi kroz sve slojeve. Drugi je slijepi preko L1-L2, a zadnji je skriveni preko L2-L3, koji počinje na drugom sloju i završava na trećem sloju.

Slika 9. Usporedba otvora, slijepe rupe i ukopane rupe.

Tehnologija proizvodnje slijepih i skrivenih otvora

Tehnologija izrade takvih rupa može biti različita, ovisno o dizajnu koji je programer postavio i ovisno o mogućnostima tvornica a-proizvođač. Razlikovat ćemo dvije glavne vrste:

Rupa je izbušena u dvostranom izratku DPP, metaliziran, ugraviran i onda ovaj obradak, u biti gotov dvoslojni tiskani ploče A, prešana kroz prepreg kao dio višeslojne predforme tiskani ploče s. Ako je ovo prazno mjesto na vrhu "kolebe" MPP, tada dobivamo slijepe rupe, ako u sredini, tada dobivamo skrivene otvore.

1. U komprimiranom izratku izbuši se rupa MPP, dubina bušenja se kontrolira kako bi se točno pogodilo jastučiće unutarnjih slojeva, a zatim dolazi do metalizacije rupe. Na ovaj način dobivamo samo slijepe rupe.

U složene strukture MPP Mogu se koristiti kombinacije gore navedenih tipova rupa - slika 10.

Slika 10. Primjer tipične kombinacije tipova vodova.

Imajte na umu da korištenje slijepih rupa ponekad može dovesti do smanjenja troškova projekta u cjelini, zbog uštede na ukupnom broju slojeva, bolje sljedivosti i smanjenja veličine tiskani ploče s, kao i mogućnost primjene komponenti s finijim usponom. Međutim, u svakom konkretnom slučaju odluku o njihovoj uporabi treba donijeti individualno i razumno. Međutim, ne treba pretjerivati ​​sa složenošću i raznolikošću vrsta slijepih i skrivenih rupa. Iskustvo pokazuje da kada birate između dodavanja druge vrste slijepe rupe dizajnu i dodavanja još jednog para slojeva, bolje je dodati nekoliko slojeva. U svakom slučaju dizajn MPP mora biti dizajniran uzimajući u obzir točno kako će se implementirati u proizvodnju.

Završni metalni zaštitni premazi

Postizanje ispravnih i pouzdanih lemljenih veza u elektroničkoj opremi ovisi o mnogim čimbenicima dizajna i procesa, uključujući odgovarajuću razinu sposobnosti lemljenja elemenata koji se spajaju, kao što su komponente i tiskani dirigenti. Za održavanje sposobnosti lemljenja tiskani ploče prije montaža A elektroničke komponente, osiguravajući ravnost premaza i pouzdanost montaža A lemljeni spojevi, bakrena površina jastučića mora biti zaštićena tiskani ploče s od oksidacije, takozvani završni metalni zaštitni premaz.

Pri pogledu na različite tiskani ploče s, možete primijetiti da kontaktne pločice gotovo nikad nemaju bakrenu boju, često i uglavnom su srebrne, sjajno zlatne ili mat sive. Ove boje određuju vrste završnih metalnih zaštitnih premaza.

Najčešći način zaštite lemljenih površina tiskani ploče je presvlačenje bakrenih kontaktnih ploča slojem srebrne legure kositar-olovo (POS-63) - HASL. Većina proizvedenih tiskani ploče zaštićen HASL metodom. Hot tinning HASL - postupak vrućeg kositrenja ploče s, uranjanjem na ograničeno vrijeme u kupku rastaljenog lema i brzim uklanjanjem upuhivanjem struje vrućeg zraka, uklanjanjem viška lema i izravnavanjem premaza. Ovaj premaz je dominirao u posljednjih nekoliko godina, unatoč ozbiljnim tehničkim ograničenjima. Plat s, proizvedeni na ovaj način, iako dobro zadržavaju sposobnost lemljenja tijekom cijelog razdoblja skladištenja, neprikladni su za neke primjene. Visoko integrirani elementi koji se koriste u SMT tehnologije montaža A, zahtijevaju idealnu planarnost (ravnost) kontaktnih pločica tiskani ploče. Tradicionalni HASL premazi ne ispunjavaju zahtjeve planarnosti.

Tehnologije premazivanja koje zadovoljavaju zahtjeve planarnosti su premazi naneseni kemijskim putem:

Imerzijsko pozlaćivanje (Electroless Nickel / Immersion Gold - ENIG), što je tanki zlatni film nanesen preko podsloja nikla. Funkcija zlata je osigurati dobru lemljivost i zaštititi nikal od oksidacije, a sam nikal služi kao barijera koja sprječava međusobnu difuziju zlata i bakra. Ovaj premaz osigurava izvrsnu ravninu kontaktnih pločica bez oštećenja tiskani ploče, osigurava dovoljnu čvrstoću lemljenih spojeva izrađenih lemovima na bazi kositra. Njihov glavni nedostatak je visoka cijena proizvodnje.

Immersion Tin (ISn) – sivi mat kemijski premaz koji osigurava visoku ravnost tiskani stranice ploče s i kompatibilan sa svim metodama lemljenja osim ENIG-a. Postupak nanošenja potopnog kositra sličan je postupku nanošenja potopnog zlata. Uronjeni kositar omogućuje dobru lemljivost nakon dugotrajnog skladištenja, što je osigurano uvođenjem organometalnog podsloja kao barijere između bakra kontaktnih pločica i samog kositra. Međutim, ploče s, presvučene potopnim kositrom, zahtijevaju pažljivo rukovanje i trebaju se skladištiti vakuumirano zapakirane u suhim ormarima za skladištenje i ploče s s ovim premazom nisu prikladni za proizvodnju tipkovnica/touch panela.

Prilikom rada s računalima i uređajima s blade konektorima, kontakti blade konektora podložni su trenju tijekom rada. ploče s Zbog toga su krajnji kontakti galvanizirani debljim i čvršćim slojem zlata. Galvanizacija nožni konektori (Gold Fingers) - premaz Ni/Au obitelji, debljina sloja: 5 -6 Ni; 1,5 – 3 µm Au. Premaz se nanosi elektrokemijskim taloženjem (galvaniziranjem) i koristi se prvenstveno na krajnjim kontaktima i lamelama. Gusti, zlatni premaz ima visoku mehaničku čvrstoću, otpornost na habanje i nepovoljne utjecaje okoline. Nezamjenjiv tamo gdje je važno osigurati pouzdan i trajan električni kontakt.

Danas se većina elektroničkih sklopova izrađuje pomoću tiskanih pločica. Tehnologijama izrade tiskanih pločica proizvode se i prefabricirane komponente mikroelektronike - hibridni moduli koji sadrže komponente različite funkcionalne namjene i stupnja integracije. Višeslojne tiskane ploče i elektroničke komponente s visokim stupnjem integracije omogućuju smanjenje karakteristika težine i veličine elektronike i računalnih komponenti. Sada je tiskana ploča stara više od sto godina.

Isprintana matična ploča

Ovaj (na engleskom PCB - tiskana ploča)- ploča izrađena od elektroizolacijskog materijala (getinaks, tekstolit, stakloplastika i drugi slični dielektrici), na čijoj su površini na neki način tanke elektrovodljive trake (tiskani vodiči) s kontaktnim pločicama za spajanje montiranih radijskih elemenata, uključujući module i integrirane sklopove primijeniti. Ova je formulacija doslovno preuzeta iz Politehničkog rječnika.

Postoji univerzalnija formulacija:

Pod, ispod isprintana matična ploča odnosi se na izgradnju fiksnih električnih međuspoja na izolacijskoj podlozi.

Glavni konstruktivni elementi tiskana pločica - dielektrična baza (kruta ili savitljiva) na površini na kojoj se nalaze vodiči. Dielektrična baza i vodiči su elementi potrebni i dovoljni da tiskana pločica bude tiskana pločica. Za ugradnju komponenti i njihovo spajanje na vodiče koriste se dodatni elementi: kontaktne pločice, metalizirani prijelazni i montažni otvori, konektorske lamele, područja za odvod topline, zaštitne i strujnovodne površine itd.

Prijelaz na tiskane pločice označio je kvalitativni skok u području projektiranja elektroničke opreme. Tiskana pločica objedinjuje funkcije nosača radioelemenata i električnog povezivanja takvih elemenata. Potonja se funkcija ne može izvesti ako između vodiča i drugih vodljivih elemenata tiskane pločice nije osigurana dovoljna razina izolacijskog otpora. Stoga PCB supstrat mora djelovati kao izolator.

Povijesna referenca

Tijekom 1920-ih i 1930-ih izdani su mnogi patenti za dizajne tiskanih ploča i metode za njihovu izradu. Prvi načini proizvodnje tiskanih pločica ostali su pretežno aditivni (razvoj ideja Thomasa Edisona). Ali u svom modernom obliku, tiskana ploča pojavila se zahvaljujući korištenju tehnologija posuđenih iz tiskarske industrije. Tiskana ploča izravni je prijevod engleskog tiskarskog izraza printing plate ("tiskarska ploča" ili "matrica"). Stoga se austrijski inženjer Paul Eisler smatra pravim “ocem tiskanih pločica”. On je prvi zaključio da se tiskarske (subtraktivne) tehnologije mogu koristiti za masovnu proizvodnju tiskanih pločica. U subtraktivnim tehnologijama slika se formira uklanjanjem nepotrebnih fragmenata. Paul Eisler razvio je tehnologiju galvanskog taloženja bakrene folije i njezino jetkanje željeznim kloridom. Tehnologije za masovnu proizvodnju tiskanih pločica bile su tražene već tijekom Drugog svjetskog rata. A od sredine 1950-ih počelo je formiranje tiskanih ploča kao konstruktivne osnove za radio opremu ne samo za vojne, već i za domaće potrebe.

PCB materijali

Osnovni dielektrici za tiskane pločice

Poznavanje parametara materijala za tiskane pločice, kako jednoslojne tako i višeslojne, važno je za sve koji se bave njihovom uporabom, a posebno za tiskane pločice za uređaje povećane brzine i mikrovalove. Prilikom projektiranja MPP-a, programeri se suočavaju sa sljedećim zadacima:
- proračun valnog otpora vodiča na ploči;
- proračun vrijednosti međuslojne visokonaponske izolacije;
- izbor strukture slijepih i skrivenih rupa.
Dostupne opcije i debljine raznih materijala dani su u tablicama 2–6. Treba uzeti u obzir da je tolerancija na debljinu materijala obično do ±10%, stoga tolerancija na debljinu gotove višeslojne ploče ne može biti manja od ±10%.

Tg - temperatura staklenog prijelaza (razaranje strukture)

Dk - dielektrična konstanta

Osnovni dielektrici za mikrovalne tiskane pločice

Tipični dizajni tiskanih pločica temelje se na upotrebi standardnog tipa stakloplastike FR4, s radnom temperaturom od –50 do +110 °C, i temperaturom staklastog prijelaza Tg (omekšavanje) od oko 135 °C.
Ako postoje povećani zahtjevi za otpornošću na toplinu ili kod montaže ploča u pećnici bezolovne tehnologije (t do 260 °C), visoka temperatura FR4 Visoki Tg ili FR5.
Ako postoje zahtjevi za kontinuiranim radom na visokim temperaturama ili s naglim promjenama temperature, koristi se poliimid. Osim toga, poliimid se koristi za proizvodnju visokopouzdanih sklopnih ploča, za vojne primjene, a također i u slučajevima kada je potrebna povećana električna čvrstoća.
Za ploče sa Mikrovalni krugovi(preko 2 GHz) koriste se zasebni slojevi mikrovalni materijal, ili je ploča u cijelosti izrađena od mikrovalnog materijala. Najpoznatiji dobavljači specijalnih materijala su Rogers, Arlon, Taconic, Dupont. Trošak ovih materijala veći je od FR4, te je uvjetno prikazan u pretposljednjem stupcu tablice u odnosu na trošak FR4.

* Dk - dielektrična konstanta

Dk - dielektrična konstanta

PCB jastučići premazi

Najčešće su mjesta presvučena legurom kositra i olova ili PIC. Metoda nanošenja i izravnavanja površine lema naziva se HAL ili HASL (od engleskog Hot Air Solder Leveling - izravnavanje lema vrućim zrakom). Ovaj premaz osigurava najbolju sposobnost lemljenja jastučića. Međutim, zamjenjuju ga moderniji premazi, obično kompatibilni sa zahtjevima međunarodne RoHS direktive.

Ova direktiva zahtijeva zabranu prisutnosti štetnih tvari, uključujući olovo, u proizvodima. RoHS se za sada ne odnosi na područje naše zemlje, ali korisno je prisjetiti se njegovog postojanja.

Moguće opcije za pokrivanje MPP mjesta nalaze se u tablici 7.

HASL se koristi posvuda osim ako se ne zahtijeva drugačije.

Uranjanje (kemijska) pozlata koristi se za pružanje ravnomjernije površine ploče (ovo je posebno važno za BGA jastučiće), ali ima nešto nižu sposobnost lemljenja. Lemljenje u pećnici izvodi se približno istom tehnologijom kao i HASL, ali ručno lemljenje zahtijeva upotrebu posebnih topitelja. Organski premaz ili OSP štiti površinu bakra od oksidacije. Nedostatak mu je kratak vijek trajanja lemljivosti (manje od 6 mjeseci).

Potopni lim pruža ravnu površinu i dobru sposobnost lemljenja, iako također ima ograničen rok trajanja za lemljenje. HAL bez olova ima ista svojstva kao i HAL koji sadrži olovo, ali je sastav lema približno 99,8% kositra i 0,2% aditiva.

Kontakti priključka oštrice koji su izloženi trenju tijekom rada ploče galvanizirani su debljim i čvršćim slojem zlata. Za obje vrste pozlate koristi se donji sloj nikla koji sprječava difuziju zlata.

Napomena: Svi premazi osim HASL sukladni su RoHS i prikladni za lemljenje bez olova.

Zaštitne i druge vrste premaza tiskanih ploča

Zaštitne prevlake koriste se za izolaciju površina vodiča koji nisu predviđeni za lemljenje.

Da bismo dovršili sliku, razmotrimo funkcionalnu svrhu i materijale premaza tiskanih ploča.

1. Maska za lemljenje - nanosi se na površinu ploče za zaštitu vodiča od slučajnih kratkih spojeva i prljavštine, kao i za zaštitu laminata od stakloplastike od toplinskog udara tijekom lemljenja. Maska ne nosi nikakvo drugo funkcionalno opterećenje i ne može služiti kao zaštita od vlage, plijesni, kvarova i sl. (osim kada se koriste posebne vrste maski).
2. Obilježava - nanesena na ploču bojom preko maske kako bi se pojednostavila identifikacija same ploče i komponenti koje se nalaze na njoj.
3. Peel-off maska ​​- nanosi se na određena područja ploče koja se moraju privremeno zaštititi, na primjer, od lemljenja. Ubuduće ga je lako ukloniti jer je spoj sličan gumi i jednostavno se skida.
4. Ugljični kontaktni premaz - primjenjuju se na određena mjesta na ploči kao kontaktna polja za tipkovnice. Premaz ima dobru vodljivost, ne oksidira i otporan je na habanje.
5. Grafitni otporni elementi - mogu se nanijeti na površinu ploče da obavljaju funkciju otpornika. Nažalost, točnost denominacija je niska - ne preciznija od ±20% (s laserskim podešavanjem - do 5%).
6. Srebrni kontaktni skakači - mogu se primijeniti kao dodatni vodiči, stvarajući još jedan vodljivi sloj kada nema dovoljno prostora za usmjeravanje. Uglavnom se koristi za jednoslojne i dvostrane tiskane ploče.

PCB dizajn

Najdalji prethodnik tiskanih pločica je obična žica, najčešće izolirana. Imao je značajnu manu. U uvjetima visokih vibracija zahtijevalo je korištenje dodatnih mehaničkih elemenata za fiksiranje unutar REA. U tu svrhu korišteni su nosači na koje su ugrađeni radioelementi, sami radioelementi i konstruktivni elementi za međuspojeve i pričvrsne žice. Ovo je volumetrijska instalacija.

Tiskane ploče nemaju ove nedostatke. Njihovi vodiči su učvršćeni na površini, njihov položaj je fiksan, što omogućuje proračun njihovih međusobnih veza. U principu, tiskane ploče sada se približavaju ravnim strukturama.

U početnoj fazi primjene tiskane pločice imale su jednostrane ili dvostrane vodljive staze.

Jednostrana PCB- ovo je ploča s jedne strane na kojoj su otisnuti vodiči. Kod dvostranih tiskanih pločica vodiči su također zauzimali praznu stražnju stranu ploče. A za njihovo povezivanje predložene su različite mogućnosti, među kojima su najraširenije metalizirane prijelazne rupe. Fragmenti dizajna najjednostavnijih jednostranih i dvostranih tiskanih pločica prikazani su na sl. 1.

Dvostrani PCB- njihova uporaba umjesto jednostranih bila je prvi korak prema prijelazu s ravnine na volumen. Ako se apstrahiramo (mentalno odbacimo podlogu dvostrane tiskane pločice), dobivamo trodimenzionalnu strukturu vodiča. Usput, ovaj korak je napravljen prilično brzo. Primjena Alberta Hansona već je ukazala na mogućnost postavljanja vodiča s obje strane podloge i njihovog povezivanja pomoću prolaznih rupa.

Riža. 1. Fragmenti dizajna tiskanih pločica a) jednostrano i 6) dvostrano: 1 - montažna rupa, 2 - kontaktna ploča, 3 - vodič, 4 - dielektrična podloga, 5 - prijelazna metalizirana rupa

Daljnji razvoj elektronike - mikroelektronike doveo je do uporabe multi-pin komponenti (čipovi mogu imati više od 200 pinova), a broj elektroničkih komponenti se povećao. S druge strane, uporaba digitalnih mikrosklopova i povećanje njihove izvedbe doveli su do povećanih zahtjeva za njihovu zaštitu i distribuciju energije na komponente, za koje su posebni zaštitni vodljivi slojevi uključeni u višeslojne ploče digitalnih uređaja (na primjer, računala). Sve je to dovelo do povećanja međusobnih veza i njihove složenosti, što je rezultiralo povećanjem broja slojeva. U modernim tiskanim pločama može biti mnogo više od deset. U određenom smislu, višeslojni PCB je dobio na volumenu.

Višeslojni PCB dizajn

U prvoj, najčešćoj opciji, unutarnji slojevi ploče izrađeni su od dvostranog bakrenog laminiranog stakloplastike, koji se naziva "jezgra". Vanjski slojevi izrađeni su od bakrene folije, prešane s unutarnjim slojevima pomoću veziva - smolastog materijala koji se naziva "prepreg". Nakon prešanja na visokim temperaturama formira se "pita" višeslojne tiskane pločice u kojoj se zatim buše rupe i metaliziraju. Druga opcija je rjeđa, kada se vanjski slojevi formiraju od "jezgri" koje se drže zajedno s prepregom. Ovo je pojednostavljeni opis; postoje mnogi drugi dizajni koji se temelje na ovim opcijama. Međutim, osnovni princip je da prepreg djeluje kao vezni materijal između slojeva. Očito, ne može postojati situacija u kojoj su dvije dvostrane "jezgre" susjedne bez prepreg odstojnika, ali struktura folija-prepreg-folija-prepreg... itd. je moguća i često se koristi u pločama sa složenim kombinacijama slijepe i skrivene rupe.

Višeslojne tiskane ploče sada čine dvije trećine globalne proizvodnje tiskanih ploča u smislu cijene, iako su u kvantitativnom smislu inferiorne u odnosu na jednostrane i dvostrane ploče.

Shematski (pojednostavljeni) fragment dizajna moderne višeslojne tiskane ploče prikazan je na slici. 2. Vodiči u takvim tiskanim pločicama postavljeni su ne samo na površini, već iu volumenu podloge. Istodobno je sačuvan raspored slojeva vodiča jedan u odnosu na drugi (posljedica korištenja tehnologija planarnog ispisa). Slojevitost je neizbježno prisutna u nazivima tiskanih pločica i njihovih elemenata - jednostrano, dvostrano, višeslojno itd. Slojevitost zapravo odražava dizajn i proizvodne tehnologije tiskanih pločica koje odgovaraju ovom dizajnu.

Riža. 2. Fragment dizajna višeslojne tiskane pločice: 1 - kroz metalizirani otvor, 2 - slijepi mikroprozor, 3 - skriveni mikroprozor, 4 - slojevi, 5 - skrivene međuslojne rupe, 6 - kontaktne pločice

U stvarnosti, dizajn višeslojnih tiskanih pločica razlikuje se od onih prikazanih na sl. 2.

MPP-ovi su po svojoj strukturi puno složeniji od dvostranih ploča, kao što je i tehnologija njihove proizvodnje puno složenija. I sama njihova struktura se značajno razlikuje od one prikazane na Sl. 2. Uključuju dodatne slojeve zaštite (uzemljenje i napajanje), kao i nekoliko slojeva signala.

U stvarnosti izgledaju ovako:

a) Shematski	Kako bi se osiguralo prebacivanje između MPP slojeva, koriste se međuslojni vias i microvias (Sl. 3.a. Međuslojni prijelazi mogu se napraviti u obliku prolaznih rupa koje povezuju vanjske slojeve jedan s drugim i s unutarnjim slojevima. Također se koriste slijepi i skriveni prolazi. Slijepi otvor je metalizirani spojni kanal vidljiv samo s gornje ili donje strane ploče. Skriveni otvori koriste se za međusobno povezivanje unutarnjih slojeva ploče. Njihova uporaba omogućuje značajno pojednostavljenje rasporeda ploča; na primjer, 12-slojni MPP dizajn može se svesti na ekvivalentni 8-slojni. prebacivanje Microvias su posebno razvijeni za površinsku montažu, povezivanje kontaktnih pločica i signalnih slojeva.
c) za jasnoću u 3D prikazu	Za proizvodnju višeslojnih tiskanih ploča, nekoliko dielektrika laminiranih folijom međusobno se spaja pomoću ljepljivih brtvila - preprega. Na slici 3.c prepreg je prikazan bijelom bojom. Prepreg spaja slojeve višeslojne tiskane ploče tijekom toplinskog prešanja. Ukupna debljina višeslojnih tiskanih pločica raste neproporcionalno brzo s brojem signalnih slojeva. S tim u vezi, potrebno je uzeti u obzir veliki omjer debljine ploče i promjera provrta, što je vrlo strog parametar za proces metalizacije provrta. Međutim, čak i uzimajući u obzir poteškoće s metalizacijom prolaznih rupa malog promjera, proizvođači višeslojnih tiskanih pločica više vole postići visoku gustoću pakiranja kroz veći broj relativno jeftinih slojeva nego manji broj slojeva visoke gustoće, ali stoga skuplji slojevi.
S) Crtanje 3	Na slici 3.c prikazana je približna struktura slojeva višeslojne tiskane pločice s naznačenom njihovom debljinom.

Vladimir Urazaev [L.12] smatra da je razvoj dizajna i tehnologija u mikroelektronici u skladu s objektivno postojećim zakonom razvoja tehnički sustavi: problemi povezani s postavljanjem ili kretanjem predmeta rješavaju se pomicanjem od točke do linije, od linije do ravnine, od ravnine do trodimenzionalnog prostora.

Mislim da će se tiskane pločice morati pridržavati ovog zakona. Postoji potencijalna mogućnost implementacije takvih višerazinskih (beskonačno razina) tiskanih pločica. O tome svjedoče bogato iskustvo korištenja laserskih tehnologija u proizvodnji tiskanih pločica, jednako bogato iskustvo korištenja laserske stereolitografije za oblikovanje trodimenzionalnih objekata od polimera, tendencija povećanja toplinske otpornosti osnovnih materijala itd. , takvi će se proizvodi morati drugačije zvati. Budući da pojam "tiskana ploča" više neće odražavati niti njihov unutarnji sadržaj niti tehnologiju proizvodnje.

Možda će se to i dogoditi.

Ali čini mi se da su trodimenzionalni dizajni u dizajnu tiskanih pločica već poznati - to su višeslojne tiskane pločice. A volumetrijska ugradnja elektroničkih komponenti s položajem kontaktnih jastučića na svim površinama radijskih komponenti smanjuje proizvodnost njihove ugradnje, kvalitetu međusobnog povezivanja i komplicira njihovo ispitivanje i održavanje.

Budućnost će pokazati!

Fleksibilne tiskane ploče

Za većinu ljudi, tiskana ploča je jednostavno kruta ploča s električnim vodljivim međusobnim vezama.

Krute tiskane pločice najpopularniji su proizvod koji se koristi u radioelektronici, za koji gotovo svi znaju.

Ali postoje i fleksibilne tiskane pločice koje sve više proširuju svoju primjenu. Primjer su takozvani savitljivi tiskani kabeli (petlje). Takve tiskane pločice obavljaju ograničeni raspon funkcija (isključuje se funkcija podloge za radioelemente). Služe za kombiniranje konvencionalnih tiskanih pločica, zamjenjujući kabelske snopove. Fleksibilne tiskane ploče dobivaju elastičnost zbog činjenice da je njihova polimerna "podloga" u visoko elastičnom stanju. Fleksibilne tiskane pločice imaju dva stupnja slobode. Mogu se čak i saviti u Mobiusovu traku.

Crtanje 4

Jedan ili čak dva stupnja slobode, ali vrlo ograničene slobode, također se mogu dati konvencionalnim krutim tiskanim pločama, u kojima je polimerna matrica podloge u krutom, staklastom stanju. To se postiže smanjenjem debljine podloge. Jedna od prednosti reljefnih tiskanih pločica izrađenih od tankih dielektrika je mogućnost da im daju "zaobljenost". Tako postaje moguće uskladiti njihov oblik i oblik objekata (raketa, svemirskih objekata i sl.) u koje se mogu postaviti. Rezultat je značajna ušteda unutarnjeg volumena proizvoda.

Značajan nedostatak im je što se povećanjem broja slojeva smanjuje fleksibilnost takvih tiskanih pločica. A uporaba konvencionalnih nefleksibilnih komponenti stvara potrebu da se popravi njihov oblik. Budući da savijanje takvih PCB-a s nesavitljivim komponentama rezultira velikim mehaničkim naprezanjem na mjestima gdje se spajaju na savitljivi PCB.

Srednju poziciju između krutih i fleksibilnih tiskanih ploča zauzimaju "drevne" tiskane ploče koje se sastoje od krutih elemenata presavijenih poput harmonike. Takve "harmonike" vjerojatno su dovele do ideje o stvaranju višeslojnih tiskanih ploča. Moderne rigid-flex tiskane pločice implementirane su na drugačiji način. Govorimo uglavnom o višeslojnim tiskanim pločicama. Mogu kombinirati krute i fleksibilne slojeve. Ako se fleksibilni slojevi pomaknu izvan krutih, možete dobiti tiskanu ploču koja se sastoji od krutog i fleksibilnog fragmenta. Druga mogućnost je spajanje dvaju krutih fragmenata s fleksibilnim.

Klasifikacija dizajna tiskanih pločica na temelju slojevitosti njihovog vodljivog uzorka pokriva većinu, ali ne sve, dizajne tiskanih pločica. Na primjer, za proizvodnju pletenih tiskanih ploča ili kabela, oprema za tkanje pokazala se prikladnijom, a ne za tiskanje. Takve "tiskane ploče" već imaju tri stupnja slobode. Baš kao i obična tkanina, mogu poprimiti najbizarnije oblike i oblike.

Tiskane ploče na bazi visoke toplinske vodljivosti

Nedavno je došlo do povećanja proizvodnje topline elektronički uređaji koji se odnosi na:

Povećana produktivnost računalnih sustava,

Potrebe za prebacivanjem velike snage,

Sve veća uporaba elektroničkih komponenti s povećanim stvaranjem topline.

Potonji se najjasnije očituje u tehnologiji LED rasvjete, gdje je naglo porastao interes za stvaranje izvora svjetlosti temeljenih na snažnim ultra-sjajnim LED diodama. Svjetlosna učinkovitost poluvodičkih LED dioda već je dosegla 100lm/W. Takve ultra-sjajne LED diode zamjenjuju konvencionalne žarulje sa žarnom niti i nalaze svoju primjenu u gotovo svim područjima rasvjetne tehnike: ulične rasvjetne svjetiljke, automobilska rasvjeta, hitna rasvjeta, reklamni znakovi, LED paneli, indikatori, tickeri, semafori itd. Ove LED diode su postale nezamjenjive u dekorativnoj rasvjeti i sustavima dinamičke rasvjete zahvaljujući svojim jednobojna boja i brzina prebacivanja. Također ih je korisno koristiti tamo gdje je potrebno striktno štediti energiju, gdje je često održavanje skupo i gdje su zahtjevi za električnom sigurnošću visoki.

Istraživanja pokazuju da se otprilike 65-85% električne energije tijekom rada LED-a pretvara u toplinu. Međutim, pod uvjetom da se poštuju toplinski uvjeti koje preporučuje proizvođač LED-a, vijek trajanja LED-a može doseći 10 godina. Ali, ako su toplinski uvjeti prekršeni (obično to znači rad s prijelaznom temperaturom većom od 120...125°C), vijek trajanja LED-a može pasti 10 puta! A ako se preporučeni toplinski uvjeti grubo prekrše, na primjer, kada se LED diode tipa emitera uključe bez radijatora dulje od 5-7 sekundi, LED može pokvariti tijekom prvog uključivanja. Povećanje temperature prijelaza, osim toga, dovodi do smanjenja svjetline sjaja i pomaka radne valne duljine. Stoga je vrlo važno pravilno izračunati toplinski režim i, ako je moguće, raspršiti toplinu koju stvara LED što je više moguće.

Veliki proizvođači LED dioda velike snage, kao što su Cree, Osram, Nichia, Luxeon, Seoul Semiconductor, Edison Opto itd., već ih dugo proizvode u obliku LED modula ili klastera na tiskanim pločama kako bi pojednostavili uključivanje i proširili primjene LED dioda.metalna baza (u međunarodnoj klasifikaciji IMPCB - Insulated Metal Printed Circuit Board, ili AL PCB - tiskane pločice na aluminijskoj bazi).

Slika 5

Ove tiskane pločice na aluminijskom podnožju imaju nisku i fiksnu toplinsku otpornost, što omogućuje da se pri ugradnji na radijator jednostavno osigura odvođenje topline s p-n spoja LED-a i osigura njegov rad tijekom cijelog životnog vijeka.

Kao materijali visoke toplinske vodljivosti za baze takvih tiskanih ploča, bakar, aluminij, različite vrste keramika.

Problemi tehnologije industrijske proizvodnje

Povijest razvoja tehnologije proizvodnje tiskanih pločica je povijest poboljšanja kvalitete i prevladavanja problema koji nastaju na tom putu.

Evo nekih njegovih detalja.

Tiskane pločice proizvedene metalizacijom prolaznih rupa, unatoč širokoj upotrebi, imaju vrlo ozbiljan nedostatak. Sa stajališta dizajna, najslabija karika takvih tiskanih pločica je spoj metaliziranih stupova u vias i vodljivih slojeva (kontaktnih ploča). Veza između metaliziranog stupca i vodljivog sloja odvija se duž kraja kontaktne pločice. Duljina spoja određena je debljinom bakrene folije i obično iznosi 35 mikrona ili manje. Galvanskoj metalizaciji stijenki otvora prethodi faza kemijske metalizacije. Kemijski bakar, za razliku od galvanskog bakra, je trošniji. Stoga se veza metaliziranog stupca s krajnjom površinom kontaktne pločice odvija kroz srednji podsloj kemijskog bakra koji je slabiji u svojstvima čvrstoće. Koeficijent toplinskog širenja laminata od stakloplastike mnogo je veći od bakra. Pri prolasku kroz temperaturu staklenog prijelaza epoksidne smole, razlika se naglo povećava. Tijekom toplinskih udara, koje tiskana pločica doživljava iz različitih razloga, veza je izložena vrlo velikim mehaničkim opterećenjima i... puca. Kao rezultat toga, električni krug je prekinut i funkcionalnost električnog kruga je poremećena.

Riža. 6. Međuslojne bočice u višeslojnim tiskanim pločama: a) bez dielektričnog udubljenja, 6) s dielektričnim udubljenjem 1 - dielektrik, 2 - kontaktna pločica unutarnjeg sloja, 3 - kemijski bakar, 4 - galvanski bakar

Riža. 7. Fragment dizajna višeslojne tiskane pločice izrađene slojevitom gradnjom: 1 - međuslojni spoj, 2 - vodič unutarnjeg sloja, 3 - montažna ploča, 4 - vodič vanjskog sloja, 5 - dielektrični slojevi

U višeslojnim tiskanim pločicama povećanje pouzdanosti unutarnjih otvora može se postići uvođenjem dodatne operacije - podrezivanja (djelomičnog uklanjanja) dielektrika u otvoru prije metalizacije. U ovom slučaju, spajanje metaliziranih stupova s ​​kontaktnim jastučićima provodi se ne samo na kraju, već i djelomično duž vanjskih prstenastih zona ovih jastučića (slika 6).

Veća pouzdanost metaliziranih otvora višeslojnih tiskanih pločica postignuta je tehnologijom izrade višeslojnih tiskanih pločica metodom sloj-po-sloja (slika 7). Veze između vodljivih elemenata tiskanih slojeva kod ove metode ostvaruju se galvanskim urastanjem bakra u rupe izolacijskog sloja. Za razliku od metode metalizacije prolaznih rupa, u ovom slučaju viasi su u potpunosti ispunjeni bakrom. Spojno područje između vodljivih slojeva postaje puno veće, a geometrija je drugačija. Prekidanje takvih veza nije tako lako. Ipak, ova tehnologija je također daleko od idealne. Prijelaz "galvanski bakar - kemijski bakar - galvanski bakar" i dalje ostaje.

Tiskane pločice izrađene metalizacijom prolaznih rupa moraju izdržati najmanje četiri (višeslojna najmanje tri) ponovnog lemljenja. Reljefne tiskane pločice omogućuju puno veći broj ponovnih lemljenja (do 50). Prema programerima, metalizirani vias u reljefnim tiskanim pločama ne smanjuju, već povećavaju njihovu pouzdanost. Što je uzrokovalo tako nagli kvalitativni skok? Odgovor je jednostavan. U tehnologiji izrade reljefnih tiskanih pločica, vodljivi slojevi i metalizirani stupovi koji ih povezuju izvode se u jednom tehnološkom ciklusu (istodobno). Stoga ne postoji prijelaz "galvanski bakar - kemijski bakar - galvanski bakar". Ali tako visok rezultat dobiven je kao rezultat napuštanja najraširenije tehnologije proizvodnje tiskanih pločica, kao rezultat prelaska na drugačiji dizajn. Nije preporučljivo napustiti metodu metalizacije kroz rupe iz mnogo razloga.

Kako biti?

Odgovornost za stvaranje zaštitnog sloja na spoju krajeva kontaktnih pločica i metaliziranih klipova uglavnom pada na tehnologe. Uspjeli su riješiti ovaj problem. Revolucionarne promjene u tehnologiji proizvodnje tiskanih pločica napravljene su metodama izravne metalizacije rupa, što eliminira fazu kemijske metalizacije, ograničavajući se samo na preliminarno aktiviranje površine. Štoviše, postupci izravne metalizacije provode se na način da se vodljivi film pojavljuje samo tamo gdje je potreban - na površini dielektrika. Kao posljedica toga, sloj barijere u metaliziranim otvorima tiskanih pločica proizvedenih izravnom metalizacijom rupa jednostavno nedostaje. Nije li to lijep način da se riješi tehnička kontradikcija?

Također je bilo moguće prevladati tehničku kontradikciju u vezi s metalizacijom otvora. Obložene rupe mogu postati slaba karika u tiskanim pločama iz drugog razloga. Debljina premaza na stijenkama otvora idealno bi trebala biti ujednačena po cijeloj njihovoj visini. U suprotnom se ponovno pojavljuju problemi s pouzdanošću. Fizička kemija procesa galvanizacije tome se suprotstavlja. Idealni i stvarni profil premaza u metaliziranim otvorima prikazani su na sl. 5. Debljina premaza u dubini rupe obično je manja nego na površini. Razlozi su vrlo različiti: nejednaka gustoća struje, katodna polarizacija, nedovoljna brzina izmjene elektrolita itd. U modernim tiskanim pločicama promjer prijelaznih rupa koje treba metalizirati već je premašio 100 mikrona, a omjer visine i promjera rupa u nekim slučajeva doseže 20:1. Situacija se iznimno zakomplicirala. Fizikalne metode (upotreba ultrazvuka, povećanje intenziteta izmjene tekućina u rupama tiskanih pločica itd.) već su iscrpile svoje mogućnosti. Čak i viskoznost elektrolita počinje igrati značajnu ulogu.

Riža. 8. Poprečni presjek metaliziranog otvora na tiskanoj pločici. 1 - dielektrik, 2 - idealni profil metalizacije stijenki otvora, 3 - stvarni profil metalizacije stijenki otvora,
4 - odoljeti

Tradicionalno se ovaj problem rješavao korištenjem elektrolita s dodacima za izravnavanje koji se adsorbiraju u područjima gdje je gustoća struje veća. Sorpcija takvih dodataka proporcionalna je gustoći struje. Aditivi stvaraju sloj barijere kako bi spriječili prekomjerno taloženje galvanizacija na oštrim rubovima i područjima uz njih (bliže površini tiskane pločice).

Drugo rješenje ovog problema teoretski je poznato već duže vrijeme, ali u praksi ga je bilo moguće implementirati nedavno - nakon što je svladana industrijska proizvodnja sklopnih izvora napajanja velike snage. Ova se metoda temelji na korištenju impulsnog (obrnutog) načina napajanja za galvanske kupke. Većinu vremena koristi se istosmjerna struja. U tom slučaju dolazi do taloženja premaza. Reverzna struja se dovodi manji dio vremena. Istodobno se nataloženi premaz otapa. Nejednaka gustoća struje (više na oštrim kutovima) u ovom slučaju donosi samo prednosti. Iz tog razloga prvo dolazi do otapanja premaza i u u većoj mjeri na površini tiskane pločice. Ovo tehničko rješenje koristi cijeli "buket" tehnika za rješavanje tehničkih proturječja: upotrijebite djelomično suvišnu radnju, pretvarajući štetu u korist, primijenite prijelaz s kontinuiranog procesa na pulsirajući, učinite suprotno itd. I rezultat dobivena odgovara ovom “buketu”. Određenom kombinacijom trajanja impulsa naprijed i nazad moguće je čak postići veću debljinu premaza u dubini rupe nego na površini tiskane pločice. Zbog toga se ova tehnologija pokazala nezamjenjivom za metalno punjenje slijepih otvora (zajednička značajka modernih tiskanih pločica), zbog čega se gustoća interkonekcija u PCB-u približno udvostručuje.

Problemi povezani s pouzdanošću metaliziranih otvora u tiskanim pločicama lokalne su prirode. Posljedično, proturječja koja se javljaju u procesu njihova razvoja u odnosu na tiskane ploče u cjelini također nisu univerzalna. Iako takve tiskane pločice zauzimaju lavovski udio na tržištu svih tiskanih pločica.

Također, u procesu razvoja rješavaju se i drugi problemi s kojima se tehnolozi susreću, ali potrošači o njima niti ne razmišljaju. Višeslojne tiskane pločice nabavljamo za svoje potrebe i koristimo ih.

Mikrominijaturizacija

U početnoj fazi na tiskane pločice ugrađene su iste komponente koje su korištene za volumetrijsku ugradnju elektroničkih uređaja, ali uz određene modifikacije pinova kako bi se smanjila njihova veličina. Ali najčešće komponente mogu se ugraditi na tiskane ploče bez modifikacija.

S pojavom tiskanih pločica, postalo je moguće smanjiti veličinu komponenti koje se koriste na tiskanim pločicama, što je zauzvrat dovelo do smanjenja radnih napona i struja koje ti elementi troše. Od 1954. Ministarstvo elektrana i elektroindustrije masovno je proizvodilo prijenosni radio prijamnik s cijevi Dorozhny, koji je koristio tiskanu pločicu.

Pojavom minijaturnih poluvodičkih pojačala - tranzistora, počele su dominirati tiskane ploče Kućanski aparati, nešto kasnije u industriji, a s pojavom fragmenata elektroničkih sklopova - funkcionalnih modula i mikrosklopova - kombiniranih na jednom čipu, njihov dizajn već je omogućio ugradnju isključivo tiskanih ploča.

S kontinuiranim smanjenjem veličine aktivnih i pasivnih komponenti, pojavio se novi koncept - "Mikrominijaturizacija".

U elektroničkim komponentama to je rezultiralo pojavom LSI i VLSI koji sadrže mnogo milijuna tranzistora. Njihova pojava nametnula je povećanje broja vanjskih priključaka (vidi kontaktnu površinu grafičkog procesora na slici 9.a), što je pak uzrokovalo komplikaciju u rasporedu vodljivih vodova, što se vidi na slici 9.b.

Takav GPU panel, i CPU također - ništa više od male višeslojne tiskane pločice na kojoj se nalazi sam procesorski čip, ožičenje veza između pinova čipa i kontaktnog polja te vanjski elementi (obično filtarski kondenzatori sustava za distribuciju energije).

Slika 9

I neka vam ne izgleda kao šala, 2010 CPU iz Intela ili AMD-a također je tiskana ploča, i to višeslojna.

Slika 9a

Razvoj tiskanih pločica, kao i elektroničke opreme općenito, ide putem redukcije njezinih elemenata; njihovo zbijanje na tiskanoj površini, kao i smanjenje elektroničkih elemenata. U ovom slučaju "elemente" treba shvatiti i kao vlastito vlasništvo tiskanih pločica (vodiči, vias, itd.) i elemente iz nadsustava (sklop tiskanog kruga) - radioelemente. Potonji su ispred tiskanih pločica u pogledu brzine mikrominijaturizacije.

Mikroelektronika je uključena u razvoj VLSI.

Povećanje gustoće elementne baze zahtijeva isto od vodiča tiskane pločice - nositelja ove elementne baze. U tom smislu javljaju se mnogi problemi koji zahtijevaju rješenja. Detaljnije ćemo govoriti o dva takva problema i načinima njihova rješavanja.

Prve metode proizvodnje tiskanih pločica temeljile su se na lijepljenju vodiča od bakrene folije na površinu dielektrične podloge.

Pretpostavljeno je da se širina vodiča i razmaci između vodiča mjere u milimetrima. U ovoj verziji takva je tehnologija bila prilično izvediva. Naknadna minijaturizacija elektroničke opreme zahtijevala je stvaranje drugih metoda za proizvodnju tiskanih pločica, čije se glavne inačice (suptraktivna, aditivna, poluaditivna, kombinirana) koriste i danas. Korištenje takvih tehnologija omogućilo je implementaciju tiskanih pločica s elementima veličine desetinki milimetra.

Postizanje razine razlučivosti od približno 0,1 mm (100 µm) u tiskanim pločama bio je značajan događaj. S jedne strane, došlo je do prijelaza "dolje" za još jedan red veličine. S druge strane, to je svojevrsni kvalitativni skok. Zašto? Dielektrični supstrat većine modernih tiskanih ploča je stakloplastika - laminat s polimernom matricom ojačanom staklenim vlaknima. Smanjenje razmaka između vodiča tiskane pločice dovelo je do toga da su oni postali razmjerni debljini staklenih niti ili debljini tkanja tih niti u staklenim vlaknima. A situacija u kojoj su vodiči "spojeni" takvim čvorovima postala je sasvim stvarna. Kao rezultat toga, stvaranje osebujnih kapilara u laminatu od stakloplastike, koje "pričvršćuju" ove vodiče, postalo je stvarno. U vlažnom okruženju kapilare na kraju dovode do pogoršanja razine izolacije između PCB vodiča. Točnije, to se događa čak iu uvjetima normalne vlažnosti. Kondenzacija vlage u kapilarnim strukturama stakloplastike također se opaža u normalnim uvjetima.Vlaga uvijek smanjuje razinu otpora izolacije.

Budući da su takve tiskane pločice postale uobičajena pojava u modernoj elektroničkoj opremi, možemo zaključiti da su tvorci osnovnih materijala za tiskane pločice uspjeli riješiti ovaj problem tradicionalnim metodama. Ali hoće li se nositi sa sljedećim značajnim događajem? Već se dogodio još jedan kvalitativni skok.

Prijavljeno je da su stručnjaci Samsunga ovladali tehnologijom proizvodnje tiskanih pločica s širinom vodiča i razmacima između njih od 8-10 mikrona. Ali ovo nije debljina staklene niti, već stakloplastike!

Zadatak osiguravanja izolacije u ultra-malim razmacima između vodiča sadašnjih, a posebno budućih tiskanih pločica je složen. Kojim metodama će se to riješiti - tradicionalnim ili netradicionalnim - i hoće li se riješiti, vrijeme će pokazati.

Riža. 10. Jetkanje profila bakrene folije: a - idealni profil, b - pravi profil; 1 - zaštitni sloj, 2 - vodič, 3 - dielektrik

Bilo je poteškoća u dobivanju ultra malih (ultra uskih) vodiča u tiskanim pločicama. Iz mnogo razloga, subtraktivne metode postale su raširene u tehnologijama proizvodnje tiskanih pločica. Kod subtraktivnih metoda, uzorak električnog kruga formira se uklanjanjem nepotrebnih komada folije. Još tijekom Drugog svjetskog rata Paul Eisler razvio je tehnologiju jetkanja bakrene folije željeznim kloridom. Takvu nepretencioznu tehnologiju i danas koriste radioamateri. Industrijske tehnologije nisu daleko od ove "kuhinjske" tehnologije. Jedina razlika je u tome što se promijenio sastav otopina za jetkanje i pojavili su se elementi automatizacije procesa.

Temeljni nedostatak apsolutno svih tehnologija jetkanja je da se jetkanje ne događa samo u željenom smjeru (prema površini dielektrika), već iu neželjenom poprečnom smjeru. Bočni podrez vodiča je usporediv s debljinom bakrene folije (oko 70%). Obično se umjesto idealnog profila vodiča dobije profil u obliku gljive (slika 10). Kada je širina vodiča velika, a kod najjednostavnijih tiskanih pločica se mjeri čak iu milimetrima, ljudi jednostavno zažmire na bočno udubljenje vodiča. Ako je širina vodiča razmjerna njihovoj visini ili čak manja od nje (današnja stvarnost), tada "bočne težnje" dovode u pitanje izvedivost korištenja takvih tehnologija.

U praksi se količina bočnog podreza tiskanih vodiča može donekle smanjiti. To se postiže povećanjem brzine jetkanja; korištenjem izlijevanja mlaza (mlazovi jetkanja se podudaraju sa željenim smjerom - okomito na ravninu lista), kao i druge metode. Ali kada se širina vodiča približi njegovoj visini, učinkovitost takvih poboljšanja postaje očito nedovoljna.

Ali napredak u fotolitografiji, kemiji i tehnologiji sada omogućuje rješavanje svih ovih problema. Ova rješenja dolaze iz mikroelektronskih tehnologija.

Radioamaterske tehnologije za proizvodnju tiskanih pločica

Izrada tiskanih pločica u radioamaterskim uvjetima ima svoje karakteristike, a razvoj tehnologije sve više povećava te mogućnosti. Ali procesi su i dalje njihova osnova

Pitanje kako jeftino proizvesti tiskane ploče kod kuće zabrinulo je sve radioamatere, vjerojatno od 60-ih godina prošlog stoljeća, kada su tiskane ploče našle široku upotrebu u kućanskim aparatima. I ako tada izbor tehnologija nije bio tako velik, danas zahvaljujući razvoju Moderna tehnologija Radio amateri imaju priliku brzo i učinkovito proizvesti tiskane pločice bez upotrebe skupe opreme. A te se mogućnosti neprestano proširuju, omogućujući da kvaliteta njihovih kreacija bude sve bliža industrijskom dizajnu.

Zapravo, cijeli proces proizvodnje tiskane ploče može se podijeliti u pet glavnih faza:

• preliminarna priprema izratka (čišćenje površine, odmašćivanje);
• nanošenje zaštitnog premaza na ovaj ili onaj način;
• uklanjanje viška bakra s površine ploče (jetkanje);
• čišćenje obratka od zaštitnog premaza;
• bušenje rupa, premazivanje ploče fluksom, kalajisanje.

Razmatramo samo najčešću "klasičnu" tehnologiju, u kojoj se višak bakra uklanja s površine ploče kemijskim jetkanjem. Osim toga, moguće je, na primjer, ukloniti bakar glodanjem ili uporabom električne instalacije iskre. Međutim, ove metode nisu u širokoj upotrebi ni u radioamaterskom okruženju ni u industriji (iako se proizvodnja pločica mljevenjem ponekad koristi u slučajevima kada je potrebno vrlo brzo proizvesti jednostavne tiskane pločice u pojedinačnim količinama).

I ovdje ćemo govoriti o prve 4 točke tehnološkog procesa, budući da bušenje izvodi radio amater pomoću alata koji ima.

Kod kuće je nemoguće napraviti višeslojnu tiskanu ploču koja se može natjecati s industrijskim dizajnom, stoga se obično u amaterskim radio uvjetima koriste dvostrane tiskane ploče, au dizajnu mikrovalnih uređaja samo dvostrano.

Iako kod izrade tiskanih pločica kod kuće treba težiti, kod razvoja strujnog kruga treba nastojati koristiti što više komponenti za površinsku montažu, što u nekim slučajevima omogućuje da se gotovo cijeli sklop postavi na jednu stranu ploče. To je zbog činjenice da još nije izumljena tehnologija za metaliziranje otvora koja je zapravo izvediva kod kuće. Stoga, ako se raspored ploče ne može napraviti s jedne strane, raspored treba napraviti s druge strane pomoću pinova različitih komponenti instaliranih na ploči kao međuslojnih otvora, koji će u ovom slučaju morati biti zalemljeni s obje strane ploče. odbor. Naravno da ih ima razne načine zamjena metalizacije rupa (pomoću tankog vodiča umetnutog u rupu i zalemljenog na staze s obje strane ploče; korištenje posebnih klipova), međutim, svi imaju značajne nedostatke i nezgodni su za upotrebu. U idealnom slučaju, ploča bi trebala biti usmjerena samo na jednu stranu koristeći minimalni broj skakača.

Pogledajmo sada pobliže svaku od faza proizvodnje tiskane ploče.

Preliminarna priprema izratka

Ova faza je početna i sastoji se od pripreme površine buduće tiskane ploče za nanošenje zaštitnog premaza na nju. Općenito, tehnologija čišćenja površina nije pretrpjela nikakve značajne promjene tijekom dugog vremenskog razdoblja. Cijeli proces se svodi na uklanjanje oksida i onečišćenja s površine ploče pomoću raznih abraziva i naknadnog odmašćivanja.

Za uklanjanje jake prljavštine možete koristiti fino zrnati brusni papir (“nula”), fini abrazivni prah ili bilo koji drugi proizvod koji ne ostavlja duboke ogrebotine na površini ploče. Ponekad možete jednostavno oprati površinu tiskane ploče čvrstom spužvom za pranje posuđa. deterdžent ili prah (u ove svrhe prikladno je koristiti abrazivnu spužvu za pranje posuđa, koja izgleda kao filc s malim inkluzijama neke tvari; često je takva spužva zalijepljena na komad pjenaste gume). Osim toga, ako je površina tiskane pločice dovoljno čista, možete u potpunosti preskočiti korak abrazivnog tretmana i odmah prijeći na odmašćivanje.

Ako na tiskanoj ploči postoji samo debeli sloj oksida, može se lako ukloniti tretiranjem tiskane ploče 3-5 sekundi otopinom željezovog klorida, nakon čega slijedi ispiranje u hladnoj tekućoj vodi. Međutim, treba napomenuti da je preporučljivo izvršiti ovu operaciju neposredno prije nanošenja zaštitnog premaza ili nakon toga pohraniti obradak na tamno mjesto, jer bakar brzo oksidira na svjetlu.

Završna faza pripreme površine je odmašćivanje. Da biste to učinili, možete koristiti komad meke tkanine bez vlakana natopljen alkoholom, benzinom ili acetonom. Ovdje treba obratiti pažnju na čistoću površine ploče nakon odmašćivanja, budući da se u posljednje vrijeme počeo pojavljivati ​​aceton i alkohol sa značajnim udjelom nečistoća koji ostavljaju bjelkaste mrlje na ploči nakon sušenja. Ako je to slučaj, trebali biste potražiti drugi odmašćivač. Nakon odmašćivanja, ploču treba oprati u tekućoj vodi hladna voda. Kvaliteta čišćenja može se kontrolirati praćenjem stupnja vlaženja bakrene površine vodom. Površina potpuno natopljena vodom, bez stvaranja kapljica ili pukotina u vodenom filmu, pokazatelj je normalne razine čišćenja. Poremećaji u ovom filmu vode ukazuju na to da površina nije dovoljno očišćena.

Nanošenje zaštitnog premaza

Nanošenje zaštitnog premaza najvažnija je faza u procesu proizvodnje tiskanih pločica, a ona određuje 90% kvalitete proizvedene pločice. Trenutno su tri metode nanošenja zaštitnog premaza najpopularnije u radioamaterskoj zajednici. Razmotrit ćemo ih redoslijedom povećanja kvalitete ploča dobivenih njihovim korištenjem.

Prije svega, potrebno je pojasniti da zaštitni premaz na površini obratka mora tvoriti homogenu masu, bez nedostataka, s glatkim, jasnim granicama i otporan na učinke kemijskih komponenti otopine za jetkanje.

Ručno nanošenje zaštitnog premaza

Ovom se metodom crtež tiskane pločice ručno prenosi na laminat od stakloplastike pomoću neke vrste uređaja za pisanje. Nedavno su se na tržištu pojavili mnogi markeri čija se boja ne ispire vodom i daje prilično izdržljiv zaštitni sloj. Osim toga, za ručno crtanje možete koristiti dasku za crtanje ili neku drugu spravu napunjenu bojom. Na primjer, prikladno je koristiti za crtanje štrcaljke s tankom iglom (inzulinske štrcaljke s promjerom igle od 0,3-0,6 mm) izrezane na duljinu od 5-8 mm su najprikladnije za ove svrhe. U tom slučaju, šipka se ne smije umetnuti u špricu - boja bi trebala slobodno teći pod utjecajem kapilarnog učinka. Također, umjesto štrcaljke možete koristiti tanku staklenu ili plastičnu cjevčicu navučenu iznad vatre kako biste postigli željeni promjer. Posebnu pozornost treba obratiti na kvalitetu obrade ruba cijevi ili igle: prilikom crtanja ne bi smjeli ogrebati ploču, inače se već obojana područja mogu oštetiti. Kada radite s takvim uređajima, kao boju možete koristiti bitumen ili neki drugi lak razrijeđen otapalom, tsaponlakom ili čak otopinom kolofonija u alkoholu. U ovom slučaju potrebno je odabrati konzistenciju boje tako da slobodno teče tijekom crtanja, ali istovremeno ne istječe i ne stvara kapljice na kraju igle ili cijevi. Važno je napomenuti da je ručni postupak nanošenja zaštitnog premaza prilično naporan i prikladan je samo u slučajevima kada je potrebno vrlo brzo proizvesti malu tiskanu ploču. Minimalna širina traga koja se može postići pri crtanju rukom je oko 0,5 mm.

Korištenje "tehnologije laserskog pisača i glačala"

Ova tehnologija pojavio se relativno nedavno, ali je odmah postao raširen zbog svoje jednostavnosti i Visoka kvaliteta primljene uplate. Osnova tehnologije je prijenos tonera (prah koji se koristi pri ispisu u laserskim pisačima) s bilo koje podloge na tiskanu pločicu.

U ovom slučaju moguće su dvije opcije: ili se korišteni supstrat odvoji od ploče prije jetkanja ili, ako se koristi supstrat aluminijska folija, urezana je zajedno s bakrom .

Prva faza korištenja ove tehnologije je ispis zrcalne slike uzorka tiskane ploče na podlogu. Postavke ispisa pisača treba postaviti na maksimalnu kvalitetu ispisa (budući da se u ovom slučaju nanosi najdeblji sloj tonera). Kao podlogu možete koristiti tanki premazani papir (naslovnice raznih časopisa), faks papir, aluminijsku foliju, foliju za laserske printere, podlogu od Oracal samoljepljive folije ili neki drugi materijal. Ako koristite papir ili foliju koji su pretanki, možda ćete ih morati zalijepiti po obodu na komad debelog papira. U idealnom slučaju, pisač bi trebao imati putanju papira bez savijanja, što sprječava da se takav sendvič uruši unutar pisača. Velika važnost To vrijedi i za ispis na foliju ili podlogu Oracal folije, budući da toner vrlo slabo prianja na njih, a ako je papir u pisaču savijen, postoji velika vjerojatnost da ćete morati provesti nekoliko neugodnih minuta čisteći pećnicu printera od zalijepljeni ostaci tonera. Najbolje je ako pisač može vodoravno provući papir kroz sebe dok ispisuje s gornje strane (kao HP LJ2100, jedan od najboljih printera za izradu tiskanih ploča). Želio bih odmah upozoriti vlasnike pisača kao što su HP LJ 5L, 6L, 1100 da ne pokušavaju tiskati na foliju ili podlogu iz Oracala - obično takvi eksperimenti završavaju neuspjehom. Također, osim printera možete koristiti i fotokopirni stroj, čija upotreba ponekad daje čak i bolje rezultate u odnosu na printere zbog nanošenja debelog sloja tonera. Glavni zahtjev za supstrat je da se može lako odvojiti od tonera. Također, ako koristite papir, on ne smije ostaviti dlačice u toneru. U ovom slučaju moguće su dvije opcije: ili se supstrat jednostavno ukloni nakon prijenosa tonera na ploču (u slučaju filma za laserske pisače ili baze iz Oracal-a), ili se prethodno namoči u vodu i zatim postupno odvaja (premazan papir).

Prijenos tonera na ploču uključuje nanošenje supstrata s tonerom na prethodno očišćenu ploču te zagrijavanje do temperature malo iznad tališta tonera. Postoji ogroman broj opcija kako to učiniti, ali najjednostavnije je pritisnuti podlogu na ploču vrućim željezom. Istodobno, za ravnomjernu raspodjelu pritiska željeza na podlogu, preporuča se položiti nekoliko slojeva debelog papira između njih. Vrlo važno pitanje je temperatura glačala i vrijeme držanja. Ovi se parametri razlikuju u svakom konkretnom slučaju, tako da ćete možda morati pokrenuti više od jednog eksperimenta prije nego što dobijete dobre rezultate. Ovdje postoji samo jedan kriterij: toner se mora dovoljno otopiti da se zalijepi za površinu ploče, a istovremeno ne smije doći u polutekuće stanje kako se rubovi tragova ne bi raspalili. izravnati. Nakon “zavarivanja” tonera na ploču, potrebno je odvojiti podlogu (osim u slučaju da se kao podloga koristi aluminijska folija: ne treba je odvajati, jer se otapa u gotovo svim otopinama za jetkanje). Oracalov laserski film i baza jednostavno se pažljivo odlijepe, dok obični papir zahtijeva prethodno namakanje u vrućoj vodi.

Vrijedno je napomenuti da je zbog značajki ispisa laserskih pisača sloj tonera u sredini velikih čvrstih poligona prilično malen, pa biste trebali izbjegavati korištenje takvih područja na ploči kad god je to moguće ili ćete ploču morati retuširati ručno. nakon uklanjanja podloge. Općenito, korištenje ove tehnologije, nakon određenog treninga, omogućuje postizanje širine staza i razmaka između njih do 0,3 mm.

Ovu tehnologiju koristim već mnogo godina (otkad mi je dostupan laserski pisač).

Primjena fotorezista

Fotorezist je tvar osjetljiva na svjetlost (obično u bliskom ultraljubičastom području) koja mijenja svoja svojstva kada je izložena svjetlu.

Nedavno se na ruskom tržištu pojavilo nekoliko vrsta uvezenih fotorezista u pakiranju aerosola, koji su posebno prikladni za upotrebu kod kuće. Suština korištenja fotorezista je sljedeća: fotomaska ​​() se nanosi na ploču na koju je nanesen sloj fotorezista i osvjetljava se, nakon čega se osvijetljena (ili neeksponirana) područja fotorezista isperu posebnim otapalom. , što je obično kaustična soda (NaOH). Svi fotorezisti podijeljeni su u dvije kategorije: pozitiv i negativ. Za pozitivne fotoreziste staza na ploči odgovara crnom području na fotomaski, a za negative, prema tome, prozirnom području.

Najrasprostranjeniji su pozitivni fotorezisti jer su najprikladniji za upotrebu.

Zaustavimo se detaljnije o upotrebi pozitivnih fotorezista u pakiranju aerosola. Prvi korak je priprema foto predloška. Kod kuće ga možete dobiti ispisom dizajna ploče na laserskom pisaču na filmu. U ovom slučaju potrebno je Posebna pažnja obratite pozornost na gustoću crne boje na fotomaski, za što morate onemogućiti sve načine uštede tonera i poboljšanja kvalitete ispisa u postavkama pisača. Osim toga, neke tvrtke nude ispis fotomaske na fotoploteru - i zajamčen vam je kvalitetan rezultat.

U drugoj fazi na prethodno pripremljenu i očišćenu površinu ploče nanosi se tanki film fotorezista. To se postiže raspršivanjem s udaljenosti od oko 20 cm, au tom slučaju treba težiti maksimalnoj ujednačenosti dobivenog premaza. Osim toga, vrlo je važno osigurati da nema prašine tijekom procesa prskanja - svaka mrvica prašine koja uđe u fotorezist neizbježno će ostaviti trag na ploči.

Nakon nanošenja sloja fotorezista, potrebno je osušiti dobiveni film. Preporučljivo je to učiniti na temperaturi od 70-80 stupnjeva, a prvo je potrebno površinu osušiti na niskoj temperaturi i tek onda postupno povećavati temperaturu do željene vrijednosti. Vrijeme sušenja na navedenoj temperaturi je oko 20-30 minuta. U krajnjem slučaju, sušenje ploče sa sobna temperatura za 24 sata. Ploče obložene fotorezistom treba čuvati na hladnom i tamnom mjestu.

Nakon nanošenja fotorezista, sljedeći korak je eksponiranje. U tom slučaju se na ploču nanosi fotomaska ​​(otisnutom stranom prema ploči, to pomaže u većoj jasnoći tijekom ekspozicije), koja se pritišće na tanko staklo odn. Ako je veličina ploča dovoljno mala, za stezanje možete koristiti fotografsku ploču ispranu od emulzije. Budući da je područje maksimalne spektralne osjetljivosti većine modernih fotorezista u ultraljubičastom području, za osvjetljenje je preporučljivo koristiti lampu s velikim udjelom UV zračenja u spektru (DRSh, DRT, itd.). Kao posljednje sredstvo, možete koristiti snažnu ksenonsku svjetiljku. Vrijeme ekspozicije ovisi o mnogim razlozima (vrsta i snaga žarulje, udaljenost žarulje od ploče, debljina sloja fotorezista itd.) i odabire se eksperimentalno. Međutim, općenito, vrijeme izlaganja obično nije dulje od 10 minuta, čak i kada je izloženo izravnoj sunčevoj svjetlosti.

(Ne preporučam korištenje plastičnih ploča koje su prozirne na vidljivom svjetlu za prešanje, jer imaju jaku apsorpciju UV zračenja)

Većina fotorezista se razvija s otopinom natrijevog hidroksida (NaOH) - 7 grama po litri vode. Najbolje je koristiti svježe pripremljenu otopinu na temperaturi od 20-25 stupnjeva. Vrijeme razvijanja ovisi o debljini filma fotorezista i kreće se od 30 sekundi do 2 minute. Nakon razvijanja, ploča se može jetkati u običnim otopinama, budući da je fotorezist otporan na kiseline. Kada koristite visokokvalitetne fotomaske, upotreba fotorezista omogućuje vam dobivanje tragova širine do 0,15-0,2 mm.

Bakropis

Postoje mnogi poznati spojevi za kemijsko jetkanje bakra. Svi se razlikuju u brzini reakcije, sastavu tvari koje se oslobađaju kao rezultat reakcije, kao i dostupnosti kemijskih reagensa potrebnih za pripremu otopine. Ispod su informacije o najpopularnijim rješenjima za jetkanje.

željezov klorid (FeCl)

Možda najpoznatiji i najpopularniji reagens. Suhi željezni klorid otopi se u vodi dok se ne dobije zasićena otopina zlatnožute boje (to će zahtijevati oko dvije žlice po čaši vode). Proces jetkanja u ovoj otopini može trajati od 10 do 60 minuta. Vrijeme ovisi o koncentraciji otopine, temperaturi i miješanju. Miješanje znatno ubrzava reakciju. U ove svrhe prikladno je koristiti akvarijski kompresor koji omogućuje miješanje otopine s mjehurićima zraka. Reakcija se također ubrzava kada se otopina zagrijava. Nakon završetka jetkanja, ploču je potrebno oprati s puno vode, po mogućnosti sapunom (kako bi se neutralizirali ostaci kiseline). Nedostaci ovog rješenja su stvaranje otpada tijekom reakcije koji se taloži na ploči i ometa normalan tijek procesa jetkanja, kao i relativno niska brzina reakcije.

Amonijev persulfat

Lagana kristalna tvar koja se otapa u vodi u omjeru 35 g tvari na 65 g vode. Proces jetkanja u ovoj otopini traje oko 10 minuta i ovisi o površini bakrene prevlake koja se jetka. Kako bi se osigurali optimalni uvjeti za reakciju, otopina mora imati temperaturu od oko 40 stupnjeva i stalno se miješati. Nakon završetka jetkanja, ploču je potrebno oprati u tekućoj vodi. Nedostaci ovog rješenja uključuju potrebu održavanja potrebne temperature i miješanje.

Otopina klorovodične kiseline (HCl) i vodikovog peroksida (H 2 O 2)

- Za pripremu ove otopine potrebno je u 770 ml vode dodati 200 ml 35% klorovodične kiseline i 30 ml 30% vodikovog peroksida. Pripremljenu otopinu treba čuvati u tamnoj boci, ne hermetički zatvorenu, budući da se raspadom vodikovog peroksida oslobađa plin. Pažnja: kada koristite ovu otopinu, morate poduzeti sve mjere opreza pri radu s kaustičnim kemikalijama. Svi radovi moraju se obavljati samo na svježem zraku ili pod poklopcem. Ako vam otopina dospije na kožu, odmah je isperite s puno vode. Vrijeme jetkanja jako ovisi o miješanju i temperaturi otopine i iznosi 5-10 minuta za dobro izmiješanu svježu otopinu na sobnoj temperaturi. Otopina se ne smije zagrijavati iznad 50 stupnjeva. Nakon jetkanja, ploču je potrebno oprati tekućom vodom.

Ova se otopina nakon nagrizanja može obnoviti dodavanjem H 2 O 2. Potrebna količina vodikovog peroksida procjenjuje se vizualno: bakrenu ploču uronjenu u otopinu treba prebojati od crvene do tamno smeđe. Stvaranje mjehurića u otopini ukazuje na višak vodikovog peroksida, što dovodi do usporavanja reakcije jetkanja. Nedostatak ovog rješenja je potreba da se strogo poštuju sve mjere opreza pri radu s njim.

Riješenje limunska kiselina i vodikov peroksid od Radiokota

U 100 ml farmaceutskog 3% vodikovog peroksida otopi se 30 g limunske kiseline i 5 g kuhinjske soli.

Ova otopina bi trebala biti dovoljna za jetkanje 100 cm2 bakra, debljine 35 µm.

Prilikom pripreme otopine ne treba štedjeti na soli. Budući da ima ulogu katalizatora, praktički se ne troši tijekom procesa jetkanja. Peroksid 3% ne treba dalje razrjeđivati ​​jer kada se dodaju drugi sastojci, njegova koncentracija se smanjuje.

Što se više vodikovog peroksida (hidroperita) doda, proces će ići brže, ali nemojte pretjerivati ​​- otopina se ne skladišti, tj. ne koristi se ponovno, što znači da će se hidroperit jednostavno pretjerano koristiti. Višak peroksida može se lako odrediti obilnim "mjehurićima" tijekom jetkanja.

Međutim, dodavanje limunske kiseline i peroksida sasvim je prihvatljivo, ali je racionalnije pripremiti svježu otopinu.

Čišćenje obratka

Nakon završenog jetkanja i pranja ploče, potrebno je očistiti njenu površinu od zaštitnog premaza. To se može učiniti s bilo kojim organskim otapalom, na primjer, acetonom.

Zatim morate izbušiti sve rupe. To se mora učiniti s oštro naoštrenom bušilicom pri najvećoj brzini motora. Ako prilikom nanošenja zaštitnog premaza nije ostao prazan prostor u središtima kontaktnih pločica, potrebno je prvo označiti rupe (to se može učiniti, na primjer, jezgrom). Nakon toga se nedostaci (rese) na stražnjoj strani pločice uklanjaju upuštanjem, a na dvostranoj tiskanoj pločici na bakru - svrdlom promjera oko 5 mm u ručnom stezaljku za jedan okret bušiti bez primjene sile.

Sljedeći korak je premazivanje ploče fluksom, nakon čega slijedi kalajisanje. Možete koristiti posebne industrijske tokove (najbolje ih je isprati vodom ili ih uopće ne treba ispirati) ili jednostavno premazati ploču slabom otopinom kolofonije u alkoholu.

Konzerviranje se može obaviti na dva načina:

Uranjanje u rastaljeni lem

Koristite lemilo i metalnu pletenicu natopljenu lemom.

U prvom slučaju, potrebno je napraviti željeznu kupku i napuniti je malom količinom lema s niskim talištem - legura Rose ili Wood. Talina mora biti potpuno prekrivena slojem glicerina na vrhu kako bi se izbjegla oksidacija lema. Za zagrijavanje kupke možete koristiti preokrenutu peglu ili grijaću ploču. Ploča se umoči u taljevinu i zatim izvadi dok se višak lema uklanja čvrstim gumenim brisačem.

Zaključak

Razmišljati, ovaj materijal pomoći će čitateljima da steknu razumijevanje dizajna i proizvodnje tiskanih ploča. A za one koji se počinju baviti elektronikom neka steknu osnovne vještine izrade kod kuće Za potpunije upoznavanje s tiskanim pločama preporučam čitanje [L.2]. Može se preuzeti na Internetu.

Književnost

1. Politehnički rječnik. Urednički tim: Inglinsky A. Yu. i dr. M.: Sovjetska enciklopedija. 1989. godine.
2. Medvedev A. M. Tiskane ploče. Dizajni i materijali. M.: Tehnosfera. 2005. godine.
3. Iz povijesti tehnologija tiskanih ploča // Electronics-NTB. 2004. br. 5.
4. Novosti u elektroničkoj tehnologiji. Intel ulazi u eru trodimenzionalnih tranzistora. Alternativa tradicionalnim planarnim uređajima // Electronics-NTB. 2002. br. 6.
5. Istinski trodimenzionalni mikrosklopovi - prva aproksimacija // Components and Technologies. 2004. br. 4.
6. Mokeev M. N., Lapin M. S. Tehnološki procesi i sustavi za proizvodnju pletenih pločica i kabela. L.: LDNTP 1988.
7. Volodarsky O. Odgovara li mi ovo računalo? Elektronika utkana u tkaninu postaje moderna // Electronics-NTB. 2003. br. 8.
8. Medvedev A. M. Tehnologija proizvodnje tiskanih ploča. M.: Tehnosfera. 2005. godine.
9. Medvedev A. M. Impulsna metalizacija tiskanih pločica // Tehnologije u elektroničkoj industriji. 2005. br. 4
10. Tiskane ploče - razvojne linije, Vladimir Urazaev,

Laminat FR4

Možete pronaći detaljan opis laminata.

Laminati na TePro skladištu

Mikrovalni materijal ROGERS

BILJEŠKA: Za korištenje materijala ROGERS u proizvodnji tiskanih ploča, molimo da to naznačite u obrascu za narudžbu

Budući da je Rogers materijal puno skuplji od standardnog FR4, prisiljeni smo uvesti dodatnu maržu za ploče izrađene od Rogers materijala. Radna polja korištenih obradaka: 170 × 130; 270 × 180; 370 × 280; 570 × 380.

Laminati na bazi metala

Vizualni prikaz materijala

Aluminijski laminat ACCL 1060-1 s dielektričnom toplinskom vodljivošću 1 W/(m K)

Opis

Aluminijski laminat CS-AL88-AD2(AD5) s dielektričnom toplinskom vodljivošću 2(5) W/(m K)

Opis

Prepreg

U proizvodnji koristimo preprege 2116, 7628 i 1080 razreda A (najviši) od ILM-a.

Možete pronaći detaljan opis preprega.

Maska za lemljenje

Svojstva

Možete pronaći detaljan opis maske za lemljenje.

Često postavljana pitanja i odgovori o laminatima i prepregovima

Što je XPC?

Koja je razlika između FR1 i FR2?

Što je FR2?

Što je FR3?

Što je FR4?

Što je FR5?

Što je CEM-1?

Što je CEM-3?

Što je G10?

Kako se mogu zamijeniti laminati?

Što su "preprezi"?

Što znači FR ili CEM?

Je li FR4 stvarno zelen?

Znači li boja logotipa nešto?

Znači li išta orijentacija logotipa?

Što je laminat koji blokira UV?

Koji su laminati prikladni za oblaganje kroz rupe?

Postoji li alternativa za oblaganje kroz rupe?

Što je "debljina materijala"?

Što je: PF-CP-Cu? IEC-249? GFN?

Što je CTI?

Što znači #7628? Koji još brojevi postoje?

Što je 94V-0, 94V-1, 94-HB?

Tiskana ploča (na engleskom PCB - tiskana ploča)- ploča izrađena od dielektrika na kojoj je (obično tiskanjem) oblikovan najmanje jedan električki vodljivi krug (elektronički krug). Tiskana pločica namijenjena je električnom i mehaničkom povezivanju različitih elektroničkih komponenti ili spajanju pojedinačnih elektroničkih komponenti. Elektroničke komponente na tiskanoj ploči spojene su na svojim kontaktima s elementima vodljivog uzorka, obično lemljenjem, ili omotavanjem, ili zakivanjem, ili prešanjem, što rezultira sastavljanjem elektroničkog modula (ili sklopljene tiskane ploče).

Vrste ploča

Ovisno o broju slojeva s elektrovodljivim uzorkom, tiskane pločice dijelimo na jednostrane, dvostrane i višeslojne.
Za razliku od površinske montaže, na tiskanoj pločici elektrovodljivi uzorak je izrađen od folije aditivnom ili subtraktivnom metodom. U aditivnoj metodi, vodljivi uzorak se oblikuje na materijalu koji nije folija, obično kemijskim bakrenjem kroz zaštitnu masku prethodno nanesenu na materijal. Kod subtraktivne metode, vodljivi uzorak se oblikuje na materijalu folije uklanjanjem nepotrebnih dijelova folije, obično korištenjem kemijskog jetkanja.

Tiskana ploča obično sadrži rupe za montažu i podloge, koji mogu biti dodatno presvučeni zaštitnim premazom: legura kositar-olovo, kositar, zlato, srebro, organski zaštitni premaz. Osim toga, tiskane ploče imaju otvore za električno spajanje slojeva ploče, vanjski izolacijski premaz ("zaštitna maska") koji prekriva površinu ploče koja se ne koristi za kontakt s izolacijskim slojem, oznake se obično primjenjuju sitotiskom , rjeđe inkjet ili laserom.

Vrste tiskanih pločica

Po broju slojeva vodljivog materijala:
-Jednostrano
-Dvostran
-Višeslojni (MPP)

Što se tiče fleksibilnosti:
-Teško
-Fleksibilno

Prema tehnologiji ugradnje:
- Za montažu na rupu
- Površinska montaža

Svaka vrsta tiskane pločice može imati svoje karakteristike, zbog zahtjeva za posebnim radnim uvjetima (na primjer, prošireni temperaturni raspon) ili značajki primjene (na primjer, u uređajima koji rade na visokim frekvencijama).

Materijali

Osnova tiskane pločice je dielektrik, a od materijala se najčešće koriste tekstolit, stakloplastika i getinaks.
Također, osnova tiskanih ploča može biti metalna baza obložena dielektrikom (na primjer, anodizirani aluminij); bakrena folija staza nanesena je na vrh dielektrika. Takve tiskane pločice koriste se u energetskoj elektronici za učinkovito odvođenje topline s elektroničkih komponenti. U ovom slučaju, metalna baza ploče je pričvršćena na radijator.
Materijal koji se koristi za tiskane pločice koje rade u mikrovalnom području i na temperaturama do 260 °C je fluoroplastika ojačana staklenom tkaninom (npr. FAF-4D) i keramika. Fleksibilne ploče izrađene su od poliimidnih materijala kao što je Kapton.

FR-4

Obitelj materijala pod općim nazivom FR-4 prema NEMA klasifikaciji (National Electrical Manufacturers Association, USA). Ovi materijali su najčešći za proizvodnju DPP, MPP i OPP s povećanim zahtjevima za mehaničku čvrstoću. FR-4 je materijal na bazi stakloplastike s epoksidnom smolom kao vezivom (stakloplastika). Obično mutno žućkasto ili prozirno, poznato zelene boje daje ga maska ​​za lemljenje nanesena na površinu tiskane pločice. Klasa zapaljivosti UL94-V0.
Ovisno o svojstvima i primjeni FR-4
-standardni, s temperaturom staklastog prijelaza Tg ~130°C, sa ili bez UV blokiranja. Najčešći i široko korišteni tip, također je najjeftiniji od FR-4;

S visokom temperaturom staklastog prijelaza, Tg ~170°C-180°C;
-bez halogena;
-sa standardiziranim indeksom praćenja, CTI ≥400, ≥600;
- visokofrekventni, s niskom dielektričnom konstantom ε ≤3,9 i malim tangensom dielektričnih gubitaka df ≤0,02.

CEM-3

CEM-3 obitelj materijala prema NEMA klasifikaciji. Stakloplastika-epoksi kompozitni materijal obično mliječno bijela ili prozirna. Sastoji se od dva vanjska sloja stakloplastike, između kojih su postavljena netkana staklena vlakna (fiberglas filc). Široko se koristi u proizvodnji metaliziranih vlaknastih ploča. Njegova svojstva su vrlo blizu FR-4 i razlikuju se uglavnom samo u nižoj mehaničkoj čvrstoći. To je izvrsna jeftina alternativa FR-4 za veliku većinu primjena. Izvrsna mehanička obrada (glodanje, štancanje). Klasa zapaljivosti UL94-V0.
Ovisno o svojstvima i području primjene, CEM-3 se dijeli na sljedeće podklase:
-standardno, sa ili bez UV blokade;

CEM-1

Klasa materijala CEM-1 prema NEMA klasifikaciji. Ovi kompozitni materijali izrađeni su na papirnoj podlozi s dva sloja stakloplastike s vanjske strane. Obično je mliječno bijela, mliječno žuta ili smeđe smeđa. Nespojivo s procesom metalizacije rupa, stoga se koriste samo za proizvodnju OPP-a. Dielektrična svojstva su blizu FR-4, mehanička svojstva su nešto lošija. CEM-1 je dobra alternativa FR-4 u jednostranoj proizvodnji PCB-a gdje je cijena odlučujući faktor. Izvrsna mehanička obrada (glodanje, štancanje). Klasa zapaljivosti UL94-V0.
Podijeljen u sljedeće podklase:
-standard;
-visoka temperatura, kompatibilan s tehnologijama bezolovnog kositrenja i lemljenja;
-bez halogena, bez fosfora i antimona;
-sa standardiziranim indeksom praćenja, CTI ≥600
-otporan na vlagu, s povećanom dimenzijskom stabilnošću

FR-1/FR-2

Klasa materijala FR-1 i FR-2 prema NEMA klasifikaciji. Ovi materijali su izrađeni na bazi fenolnog papira i koriste se samo za proizvodnju OPP-a. FR-1 i FR-2 imaju slične karakteristike, FR-2 se razlikuje od FR-1 samo u upotrebi modificirane fenolne smole s višom temperaturom staklastog prijelaza kao veziva. Zbog sličnih karakteristika i primjene FR-1 i FR-2, većina proizvođača materijala proizvodi samo jedan od ovih materijala, obično FR-2. Izvrsna mehanička obrada (glodanje, štancanje). jeftino. Klasa zapaljivosti UL94-V0 ili V1.
Podijeljen u sljedeće podklase:
-standard;
-bez halogena, bez fosfora i antimona, netoksičan;
- otporan na vlagu

PCB završni slojevi

Kako bi se održala sposobnost lemljenja tiskanih pločica nakon skladištenja, osigurala pouzdana ugradnja elektroničkih komponenti i očuvala svojstva lemljenih ili zavarenih spojeva tijekom rada, potrebno je zaštititi bakrenu površinu kontaktnih ploča tiskanih pločica lemljivom površinom. premaz, tzv. završni premaz. Nudimo vam široku paletu završnih premaza, što vam omogućuje optimalan odabir jednog ili više njih istovremeno u proizvodnji vaših tiskanih pločica.

HAL ili HASL (od engleskog Hot Air Leveling ili Hot Air Solder Leveling - izravnavanje vrućim zrakom) pomoću lemova na bazi legure kositra i olova (Sn/Pb), na primjer, OS61, OS63, i izravnavanje zračnim nožem. Nanosi se u završnoj fazi proizvodnje na već oblikovanu tiskanu pločicu s maskom za lemljenje uranjanjem u kupku s taljenjem, a zatim izravnavanjem i uklanjanjem viška lema pomoću zračnog noža. Ovaj premaz, trenutno najčešći, klasičan je, najpoznatiji i dugo se koristi. Pruža izvrsnu sposobnost lemljenja tiskanih pločica čak i nakon dugotrajnog skladištenja. HAL premaz je tehnološki napredan i jeftin. Kompatibilan sa svim poznatim metodama ugradnje i lemljenja - ručno, valovito lemljenje, reflow u pećnici, itd. Nedostaci ove vrste završnog premaza uključuju prisutnost voditi - jedan od najotrovnijih metala, zabranjen za uporabu u Europskoj uniji RoHS direktivom (Restriction of Hazardous Substances Directives), kao i činjenica da HAL premaz ne zadovoljava uvjete ravnosti kontaktnih pločica za montažu mikro krugova s vrlo visok stupanj integracije. Premaz nije prikladan za tehnologiju lijepljenja kristala na ploču (COB - Chip on board) i nanošenje na krajnje kontakte (lamele).

HAL bez olova - Mogućnost HAL premaza, ali korištenjem lemova bez olova, na primjer, Sn100, Sn96.5/Ag3/Cu0.5, SnCuNi, SnAgNi. Premaz je u potpunosti u skladu s RoHS zahtjevima i ima vrlo dobru sigurnost i sposobnost lemljenja. Ovaj završni premaz nanosi se na višoj temperaturi od HAL-a temeljenog na PIC-u, što nameće povećane temperaturne zahtjeve za osnovni materijal tiskane ploče i elektroničkih komponenti. Premaz je kompatibilan sa svim metodama montaže i lemljenja, i korištenjem lemova bez olova (što se najviše preporučuje) i korištenjem kositro-olovnih lemova, ali zahtijeva posebnu pozornost temperaturni uvjeti obroci. U usporedbi s HAL-om na bazi Sn/Pb, ovaj premaz je skuplji zbog veće cijene lemova bez olova, a također i zbog veće potrošnje energije.

Glavni problem s HAL premazom , značajna je nejednakost u debljini premaza. Problem je posebno akutan za komponente s malim razmakom pinova, kao što su QFP s razmakom od 0,5 mm ili manje, BGA s razmakom od 0,8 mm ili manje. Debljina premaza može varirati od 0,5 mikrona do 40 mikrona, ovisno o geometrijskim dimenzijama kontaktne pločice i neravnomjernom udaru zračnog noža. Također, kao posljedica toplinskog udara pri primjeni HASL-a, moguće je savijanje tiskane pločice u obliku otklona/torzije. To posebno vrijedi za ploče s debljinom<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.

Imerzijsko zlato (ENIG - Electroless Nickel/Immersion Gold) - premaz iz obitelji Ni/Au. Debljina premaza: Ni 3-7 mikrona, Au 0,05-0,1 mikrona. Nanosi se kemijski kroz prozore u maski za lemljenje. Široko dostupan premaz bez olova koji osigurava ravne jastučiće, dobru sposobnost lemljenja, visoku površinsku vodljivost jastučića i dugi vijek trajanja. Idealno za komponente finog koraka i ispitivanje unutar kruga. Premaz u potpunosti odgovara RoHS zahtjevima. Kompatibilan sa svim metodama montaže i lemljenja. Skuplji u odnosu na HASL.

Postoje mnogi proizvođači kemikalija za nanošenje imerzijskog zlata, a tehnologija nanošenja razlikuje se od proizvođača do proizvođača kemikalija. Konačni rezultat također ovisi o izboru kemikalija i postupku nanošenja. Neke kemikalije možda neće biti kompatibilne s određenom vrstom maske za lemljenje. Ova vrsta premaza je sklona stvaranju dvije vrste kritičnih defekata - “crna podloga” (crna podloga, nekvašenje površine podloge lemom) i pucanje pod mehaničkim ili toplinskim opterećenjem (pukotine se javljaju između nikla i sloj bakra, duž intermetalnog sloja). Također, prilikom nanošenja galvaniziranja treba kontrolirati količinu zlata kako bi se spriječila krtost lemljenog spoja. Točno pridržavanje tehnologije nanošenja uronjenog zlata i pravovremena zamjena otopina jamče kvalitetu premaza i odsutnost nedostataka crnog jastučića. Kako bi se spriječilo pucanje pod mehaničkim opterećenjem, preporuča se povećati debljinu tiskane ploče na 2,0 mm ili više kada se koriste BGA paketi veći od 25x25 mm ili kada je veličina ploče veća od 250 mm. Povećanje debljine ploče smanjuje mehaničko naprezanje na komponente kada se ploča savija.

Zlatni prsti - premaz iz obitelji Ni/Au. Debljina premaza: Ni 3-5 mikrona, Au 0,5-1,5 mikrona. Nanosi se elektrokemijskim taloženjem (galvaniziranjem). Koristi se za nanošenje na krajnje kontakte i lamele. Ima visoku mehaničku čvrstoću, otpornost na abraziju i nepovoljne utjecaje okoline. Nezamjenjiv tamo gdje je važno osigurati pouzdan i trajan električni kontakt.

Potopni lim - kemijski premaz koji zadovoljava RoHS zahtjeve i osigurava visoku ravnost tiskanih pločica. Tehnološki premaz kompatibilan sa svim metodama lemljenja. Suprotno uvriježenoj zabludi temeljenoj na iskustvu korištenja zastarjelih vrsta premaza, potopni lim pruža dobru sposobnost lemljenja nakon dovoljno dugog razdoblja skladištenja - zajamčeni vijek trajanja od 6 mjeseci. (lemljivost premaza traje do godinu dana ili više ako se pravilno skladišti). Tako duga razdoblja održavanja dobre sposobnosti lemljenja osigurana su uvođenjem organometalnog podsloja kao barijere između bakra kontaktnih pločica i samog kositra. Barijerni podsloj sprječava međusobnu difuziju bakra i kositra, stvaranje intermetalnih spojeva i rekristalizaciju kositra. Završni premaz uronjenim kositrom s organometalnim podslojem, debljine oko 1 mikrona, ima glatku, ravnu površinu, zadržava sposobnost lemljenja i mogućnost višestrukog lemljenja i nakon dosta dugog vremena skladištenja.

OSP (od engleskog Organic Solderability Preservatives) - skupina organskih završnih premaza koji se nanose izravno na bakrene jastučiće i pružaju zaštitu bakrene površine od oksidacije tijekom skladištenja i lemljenja. Kako se razmaci komponenti smanjuju, interes za premaze koji osiguravaju potrebnu ravnost, a posebno OSP, stalno raste. Nedavno su OSP premazi brzo napredovali; pojavile su se vrste premaza koji omogućuju lemljenje u više prolaza bez oksidacije bakra, čak i s prilično dugim vremenskim intervalima između prolaza (dani). Razlikuje se tanka prevlaka, oko 0,01 mikrona, i relativno debela prevlaka, 0,2 - 0,5 mikrona ili više. Kako biste osigurali lemljenje u dva ili više prolaza, odaberite debeli premaz. OSP pruža jastučiće s ravnom površinom, ne sadrži olovo i usklađen je s RoHS-om te, kada se pravilno skladišti i rukuje, pruža vrlo pouzdanu lemljenu vezu. Tanki OSP premaz je jeftiniji od HAL-a. Debeo - skoro kao HAL.

Međutim, OSP ne osigurava da krajevi bakrene ploče budu prekriveni lemom tijekom procesa reflowa. Tečenje lema preko površine je lošije nego kod HASL premaza. Stoga, prilikom nanošenja paste, rupe na šabloni trebaju biti iste veličine kao kontaktna pločica. Inače, cijela površina jastučića neće biti prekrivena lemom (iako je ovaj nedostatak samo kozmetički, pouzdanost veze ostaje vrlo dobra). Bakrena površina koja nije prekrivena lemom s vremenom će oksidirati, što može negativno utjecati na popravke. Također postoji problem vlaženja metaliziranih rupa kod valovitog lemljenja. Potrebno je nanijeti dovoljno veliku količinu topitelja prije lemljenja, fluks mora ući u rupice tako da lem ovlaži rupicu iznutra i napravi zavoj na stražnjoj strani pločice. Nedostaci ovog premaza također uključuju: kratko vrijeme skladištenja prije upotrebe, nekompatibilnost s terpenskim otapalima, ograničenja testiranja tijekom in-strujnih i funkcionalnih testova (što se djelomično rješava nanošenjem paste za lemljenje na ispitne točke). Ako ste odabrali OSP, preporučamo korištenje ENTEK premaza od Enthone (ENTEK PLUS, ENTEK PLUS HT), jer oni pružaju najbolju kombinaciju močivosti, pouzdanosti spoja i višeprolaznosti.

Razvoj

Pogledajmo tipičan razvojni proces za 1-2 slojnu ploču.
-Određivanje dimenzija (nije važno za maketu).
- Izbor debljine materijala ploča iz niza standardnih:
-Najčešće se koristi materijal debljine 1,55 mm.
-Crtanje dimenzija (rubova) ploče u CAD programu u sloju BOARD.
-Položaj velikih radijskih komponenti: konektori, itd. To se obično događa u gornjem sloju (TOP):
- Pretpostavlja se da su crteži svake komponente, položaj i broj pinova, itd. već određeni (ili se koriste gotove biblioteke komponenti).
"Raspršivanje" preostalih komponenti po gornjem sloju ili, rjeđe, po oba sloja za dvostrane ploče.
-Pokreni tragač. Ako rezultat nije zadovoljavajući, komponente se ponovno postavljaju. Ova se dva koraka često izvode desetke ili stotine puta zaredom.
U nekim slučajevima trasiranje tiskanih pločica (iscrtavanje staza) izvodi se ručno u cijelosti ili djelomično.
-Provjera grešaka na ploči (DRC, Design Rules Check): provjera praznina, kratkih spojeva, preklapajućih komponenti itd.
-Izvezite datoteku u format koji prihvaća proizvođač PCB-a, kao što je Gerber.

Proizvodnja

Proizvodnja tiskanih pločica obično se odnosi na obradu obratka (materijala od folije). Tipičan proces sastoji se od nekoliko faza: bušenje otvora, dobivanje uzorka vodiča uklanjanjem viška bakrene folije, oblaganje rupa, nanošenje zaštitnih premaza i kalajisanja, te nanošenje oznaka.

Dobivanje uzorka žice

U proizvodnji tiskanih ploča koriste se kemijske, elektrolitičke ili mehaničke metode za reprodukciju potrebnog vodljivog uzorka, kao i njihove kombinacije.

Kemijska metoda

Kemijska metoda za izradu tiskanih ploča od gotovog folijskog materijala sastoji se od dvije glavne faze: nanošenje zaštitnog sloja na foliju i jetkanje nezaštićenih područja kemijskim metodama.

U industriji se zaštitni sloj nanosi fotokemijski pomoću fotorezista osjetljivog na ultraljubičasto zračenje, fotomaske i izvora ultraljubičastog svjetla. Fotorezist može biti tekući ili filmski. Tekući fotorezist primjenjuje se u industrijskim uvjetima jer je osjetljiv na nepoštivanje tehnologije nanošenja. Film fotorezist je popularan za ručno izrađene tiskane ploče. Fotomaska ​​je UV proziran materijal na kojem je otisnut trag. Nakon izlaganja, fotorezist se razvija i stvrdnjava kao u konvencionalnom fotografskom procesu.

Zaštitni sloj u obliku laka ili boje može se nanijeti sitotiskom ili ručno. Za oblikovanje maske za jetkanje na foliji, radioamateri koriste prijenos tonera sa slike otisnute na laserskom pisaču ("tehnologija laserskog željeza").

Nezaštićena folija se zatim urezuje u otopinu željeznog klorida ili (mnogo rjeđe) drugih kemikalija poput bakrenog sulfata. Nakon jetkanja, zaštitni uzorak se ispire s folije.

Mehanička metoda

Metoda mehaničke proizvodnje uključuje upotrebu strojeva za glodanje i graviranje ili drugih alata za mehaničko uklanjanje sloja folije s određenih područja.
-Metalizacija rupa
-Premazivanje

Mogući premazi uključuju:
-Zaštitni premazi laka (“maska ​​za lemljenje”).
-Kolisitranje.
-Presvlačenje folija inertnim metalima (pozlata, paladizacija) i vodljivim lakovima za poboljšanje kontaktnih svojstava.
-Dekorativne i informacijske obloge (označavanje).

Višeslojni PCB

Višeslojne tiskane pločice (skraćeno MPP[izvor?], engleski multilayer printed circuit board) koriste se u slučajevima kada ožičenje priključaka na dvostranoj pločici postane presloženo. Kako se povećava složenost projektiranih uređaja i gustoća montaže, povećava se i broj slojeva na pločama.

U višeslojnim pločama, vanjski slojevi (kao i vias) koriste se za montiranje komponenti, a unutarnji slojevi sadrže interkonekcije ili čvrste planove napajanja (poligone). Metalizirani vijevi koriste se za spajanje vodiča između slojeva. U proizvodnji višeslojnih tiskanih pločica prvo se izrađuju unutarnji slojevi koji se lijepe pomoću posebnih ljepljivih jastučića (preprega). Zatim se vrši prešanje, bušenje i metalizacija prolaznih rupa.

Višeslojni PCB dizajn

Razmotrimo tipični dizajn višeslojne ploče (slika 1). U prvoj, najčešćoj opciji, unutarnji slojevi ploče izrađeni su od dvostranog bakrenog laminiranog stakloplastike, koji se naziva "jezgra". Vanjski slojevi izrađeni su od bakrene folije, prešane s unutarnjim slojevima pomoću veziva - smolastog materijala koji se naziva "prepreg". Nakon prešanja na visokim temperaturama formira se "pita" višeslojne tiskane pločice u kojoj se zatim buše rupe i metaliziraju. Druga opcija je rjeđa, kada se vanjski slojevi formiraju od "jezgri" koje se drže zajedno s prepregom. Ovo je pojednostavljeni opis; postoje mnogi drugi dizajni koji se temelje na ovim opcijama. Međutim, osnovni princip je da prepreg djeluje kao vezni materijal između slojeva. Očito, ne može postojati situacija u kojoj su dvije dvostrane "jezgre" susjedne bez prepreg odstojnika, ali struktura folija-prepreg-folija-prepreg... itd. je moguća i često se koristi u pločama sa složenim kombinacijama slijepe i skrivene rupe.

Slijepe i skrivene rupe

Uvjet " slijepe rupe "znači prijelaze koji povezuju vanjski sloj s najbližim unutarnjim slojevima i nemaju pristup drugom vanjskom sloju. Dolazi od engleske riječi blind, a slična je pojmu "blind holes". Skrivene ili zakopane (od engleskog buried), rupe su napravljene u unutarnjim slojevima i nemaju izlaz prema van. Najjednostavnije opcije za slijepe i skrivene rupe prikazane su na sl. 2. Njihova je uporaba opravdana u slučaju vrlo gustog ožičenja ili za ploče vrlo zasićene planarnim komponentama s obje strane. Prisutnost ovih rupa povećava cijenu ploče od jedne i pol do nekoliko puta, ali u mnogim slučajevima, posebno pri usmjeravanju mikro krugova u BGA paketu s malim korakom, ne možete bez njih. Postoje različiti načini oblikovanja takvih otvora, o njima se detaljnije govori u odjeljku Ploče sa slijepim i skrivenim rupama, ali za sada pogledajmo pobliže materijale od kojih je izrađena višeslojna ploča.

Osnovni dielektrici za tiskane pločice
Glavne vrste i parametri materijala koji se koriste za proizvodnju MPP-ova dani su u tablici 1. Tipični dizajni tiskanih pločica temelje se na upotrebi standardnog laminata od stakloplastike tipa FR4, s radnom temperaturom, obično od –50 do +110 ° C, temperatura staklenog prijelaza (destrukcije) Tg oko 135 °C. Njegova dielektrična konstanta Dk može biti od 3,8 do 4,5, ovisno o dobavljaču i vrsti materijala. Za povećane zahtjeve otpornosti na toplinu ili kod montaže ploča u pećnici bezolovnom tehnologijom (t do 260 °C), koristi se visokotemperaturni FR4 High Tg ili FR5. Kada su potrebni stalni rad na visokim temperaturama ili nagle promjene temperature, koristi se poliimid. Osim toga, poliimid se koristi za proizvodnju visokopouzdanih sklopnih ploča, za vojne primjene, a također i u slučajevima kada je potrebna povećana električna čvrstoća. Za ploče s mikrovalnim krugovima (više od 2 GHz) koriste se zasebni slojevi mikrovalnog materijala ili se cijela ploča izrađuje od mikrovalnog materijala (slika 3). Najpoznatiji dobavljači specijalnih materijala su Rogers, Arlon, Taconic i Dupont. Trošak ovih materijala veći je od FR4 i grubo je prikazan u zadnjem stupcu tablice 1 u odnosu na trošak FR4. Primjeri ploča s različitim vrstama dielektrika prikazani su na sl. 4, 5.

Debljina materijala
Poznavanje dostupnih debljina materijala važno je za inženjera ne samo za određivanje ukupne debljine ploče. Prilikom projektiranja MPP-a, programeri se suočavaju sa sljedećim zadacima:
- proračun valnog otpora vodiča na ploči;
- proračun vrijednosti međuslojne visokonaponske izolacije;
- izbor strukture slijepih i skrivenih rupa.
Dostupne opcije i debljine različitih materijala prikazane su u tablicama 2–6. Treba uzeti u obzir da je tolerancija na debljinu materijala obično do ±10%, stoga tolerancija na debljinu gotove višeslojne ploče ne može biti manja od ±10%.

Tablica 2. Dvostrane FR4 "jezgre" za unutarnje slojeve tiskane ploče Debljina dielektrika i debljina bakra 5 µm 17 µm 35 µm 70 µm 105 µm
0,050 mm w/w
0,075 mm m z z
0,100 mm w/w
0,150 mm
0,200 mm m z z
0,250 mm
0,300 mm
0,350 mm m z z
0,400 mm w/w
0,450 mm
0,710 mm m z z
0,930 mm m z
1000 mm š
Više od 1 mm

Obično na zalihama;
h - Na zahtjev (nije uvijek dostupno)
m - Može se proizvesti;
Napomena: kako bi se osigurala pouzdanost gotovih ploča, važno je znati da za strane unutarnje slojeve radije koristimo jezgre s folijom od 35 mikrona umjesto 18 mikrona (čak i s vodičem i širinom razmaka od 0,1 mm). Time se povećava pouzdanost tiskanih pločica.
Dielektrična konstanta FR4 jezgri može varirati od 3,8 do 4,4 ovisno o marki.

PCB jastučići premazi

Pogledajmo koje vrste premaza postoje za bakrene jastučiće. Najčešće su mjesta presvučena legurom kositra i olova ili PIC. Metoda nanošenja i izravnavanja površine lema naziva se HAL ili HASL (od engleskog Hot Air Solder Leveling - izravnavanje lema vrućim zrakom). Ovaj premaz osigurava najbolju sposobnost lemljenja jastučića. Međutim, zamjenjuju ga moderniji premazi, obično kompatibilni sa zahtjevima međunarodne RoHS direktive. Ova direktiva zahtijeva zabranu prisutnosti štetnih tvari, uključujući olovo, u proizvodima. RoHS se za sada ne odnosi na područje naše zemlje, ali korisno je prisjetiti se njegovog postojanja. Problemi povezani s RoHS-om bit će opisani u jednom od sljedećih odjeljaka, ali za sada pogledajmo moguće opcije za pokrivanje MPP stranica. HASL se koristi posvuda osim ako se ne zahtijeva drugačije. Potapanje (kemijsko) pozlaćivanje koristi se za postizanje glatkije površine ploče (ovo je posebno važno za BGA jastučiće), ali ima nešto nižu sposobnost lemljenja. Lemljenje u pećnici izvodi se približno istom tehnologijom kao i HASL, ali ručno lemljenje zahtijeva upotrebu posebnih topitelja. Organski premaz ili OSP štiti površinu bakra od oksidacije. Nedostatak mu je kratak vijek trajanja lemljivosti (manje od 6 mjeseci). Uronjeni kositar daje glatku površinu i dobru sposobnost lemljenja, iako također ima ograničen vijek trajanja lemljenja. HAL bez olova ima ista svojstva kao i HAL koji sadrži olovo, ali sastav lema je približno 99,8% kositra i 0,2% aditiva. Kontakti blade konektora, koji su podložni trenju tijekom rada ploče, galvanizirani su debljim i čvršćim slojem zlata. Za obje vrste pozlate koristi se donji sloj nikla koji sprječava difuziju zlata.

Zaštitne i druge vrste premaza tiskanih ploča
Da bismo dovršili sliku, razmotrimo funkcionalnu svrhu i materijale premaza tiskanih ploča.
- Maska za lemljenje - nanosi se na površinu ploče za zaštitu vodiča od slučajnog kratkog spoja i prljavštine, kao i za zaštitu laminata od stakloplastike od toplinskog udara tijekom lemljenja. Maska ne nosi nikakvo drugo funkcionalno opterećenje i ne može služiti kao zaštita od vlage, plijesni, kvarova i sl. (osim kada se koriste posebne vrste maski).
- Označavanje - nanosi se na ploču bojom preko maske kako bi se pojednostavila identifikacija same ploče i komponenti koje se nalaze na njoj.
- Maska koja se može skinuti - nanosi se na određena područja ploče koja je potrebno privremeno zaštititi, na primjer, od lemljenja. Ubuduće ga je lako ukloniti jer je spoj sličan gumi i jednostavno se skida.
- Karbonski kontaktni premaz - nanosi se na određene dijelove ploče kao kontaktna polja za tipkovnice. Premaz ima dobru vodljivost, ne oksidira i otporan je na habanje.
- Grafitni otpornički elementi - mogu se nanijeti na površinu ploče da obavljaju funkciju otpornika. Nažalost, točnost denominacija je niska - ne preciznija od ±20% (s laserskim podešavanjem - do 5%).
- Srebrni kontaktni premosnici - mogu se primijeniti kao dodatni vodiči, stvarajući još jedan vodljivi sloj kada nema dovoljno prostora za usmjeravanje. Uglavnom se koristi za jednoslojne i dvostrane tiskane ploče.

Zaključak
Izbor materijala je velik, ali, nažalost, često pri izradi malih i srednjih serija tiskanih pločica kamen spoticanja postaje dostupnost potrebnih materijala u skladištu pogona koji proizvodi MPP. Stoga je prije projektiranja MPP-a, posebice ako je riječ o izradi nestandardnog dizajna i korištenju nestandardnih materijala, potrebno dogovoriti s proizvođačem materijale i debljine slojeva koji se koriste u MPP-u, te eventualno naručiti te materijale unaprijed.