Bahan papan sirkuit tercetak. Bahan pembuatan papan sirkuit cetak Bahan untuk pembuatan papan sirkuit cetak elektronik

Sebagai alas, digunakan dielektrik foil dan non-foil (getinax, textolite, fiberglass, fiberglass, lavsan, poliamida, fluoroplastik, dll.), bahan keramik, pelat logam, bahan bantalan isolasi (prepreg).

Dielektrik foil adalah alas insulasi listrik, biasanya dilapisi dengan foil tembaga elektrolitik dengan lapisan tahan galvanik teroksidasi yang berdekatan dengan alas insulasi listrik. Tergantung pada tujuannya, dielektrik foil dapat berbentuk satu sisi atau dua sisi dan memiliki ketebalan 0,06 hingga 3,0 mm.

Dielektrik non-foil, yang ditujukan untuk metode pembuatan papan semi-aditif dan aditif, memiliki lapisan perekat yang diterapkan secara khusus pada permukaannya, yang berfungsi untuk daya rekat yang lebih baik dari tembaga yang disimpan secara kimia ke dielektrik.

Basis PCB terbuat dari bahan yang dapat menempel dengan baik pada logam konduktor; memiliki konstanta dielektrik tidak lebih dari 7 dan garis singgung rugi-rugi dielektrik yang kecil; mempunyai kekuatan mekanik dan listrik yang cukup tinggi; memungkinkan kemungkinan pemrosesan dengan memotong, menginjak dan mengebor tanpa pembentukan keripik, retakan dan delaminasi dielektrik; menjaga sifat-sifatnya bila terkena faktor iklim, tidak mudah terbakar dan tahan api; memiliki daya serap air yang rendah, nilai yang rendah koefisien termal ekspansi linier, kerataan, dan ketahanan terhadap lingkungan agresif selama desain sirkuit dan penyolderan.

Bahan dasarnya adalah pelat tekan berlapis yang diresapi dengan resin buatan dan mungkin dilapisi pada satu atau kedua sisinya dengan foil elektrolitik tembaga. Dielektrik foil digunakan dalam metode subtraktif dalam pembuatan PCB, dielektrik non-foil digunakan dalam metode aditif dan semi-aditif. Ketebalan lapisan konduktif bisa 5, 9, 12, 18, 35, 50, 70 dan 100 mikron.

Dalam produksi, bahan digunakan, misalnya, untuk OPP dan DPP - laminasi fiberglass foil grade SF-1-50 dan SF-2-50 dengan ketebalan foil tembaga 50 mikron dan ketebalan intrinsik 0,5 hingga 3,0 mm; untuk MPP - laminasi fiberglass tergores foil FTS-1-18A dan FTS-2-18A dengan ketebalan foil tembaga 18 mikron dan ketebalannya sendiri dari 0,1 hingga 0,5 mm; untuk GPP dan GPK - lavsan LF-1 berlapis foil dengan ketebalan foil tembaga 35 atau 50 mikron dan ketebalannya sendiri dari 0,05 hingga 0,1 mm.

Dibandingkan dengan getinaks, laminasi fiberglass memiliki sifat mekanik dan Karakteristik listrik, ketahanan panas yang lebih tinggi, penyerapan air yang lebih sedikit. Namun, mereka memiliki sejumlah kelemahan, misalnya, ketahanan panas yang rendah dibandingkan dengan poliamida, yang berkontribusi terhadap kontaminasi ujung lapisan dalam dengan resin saat mengebor lubang.

Untuk memproduksi PCB yang menyediakan transmisi pulsa nanodetik yang andal, perlu menggunakan bahan dengan sifat dielektrik yang ditingkatkan, termasuk PCB yang terbuat dari bahan organik dengan konstanta dielektrik relatif di bawah 3,5.

Untuk pembuatan PCB yang digunakan pada kondisi bahaya kebakaran yang meningkat, digunakan bahan tahan api, misalnya fiberglass laminasi merk SONF, STNF, SFVN, STF.

Untuk pembuatan GPC yang mampu menahan tikungan berulang 90 derajat di kedua arah dari posisi awal dengan radius 3 mm, digunakan lavsan berlapis foil dan fluoroplastik. Bahan dengan ketebalan foil 5 mikron memungkinkan pembuatan PCB dengan kelas akurasi 4 dan 5.

Bahan bantalan isolasi digunakan untuk merekatkan lapisan PP. Mereka terbuat dari fiberglass yang diresapi dengan termoset yang kurang terpolimerisasi resin epoksi dengan lapisan perekat diterapkan di kedua sisi.

Untuk melindungi permukaan PP dan GPC dari pengaruh luar, digunakan pernis pelindung polimer dan film pelapis pelindung.

Bahan keramik dicirikan oleh kestabilan listrik dan parameter geometris; kekuatan mekanik tinggi yang stabil pada rentang suhu yang luas; konduktivitas termal yang tinggi; penyerapan air yang rendah. Kerugiannya adalah siklus produksi yang panjang, penyusutan material yang besar, kerapuhan, biaya tinggi, dll.

Basis logam digunakan pada PCB bermuatan panas untuk meningkatkan pembuangan panas dari IC dan ERE pada EA dengan beban arus tinggi yang beroperasi pada suhu tinggi, serta untuk meningkatkan kekakuan PCB yang dibuat pada basis tipis; mereka terbuat dari aluminium, titanium, baja dan tembaga.

Untuk papan sirkuit cetak kepadatan tinggi dengan mikrovia, digunakan bahan yang cocok untuk pemrosesan laser. Bahan-bahan ini dapat dibagi menjadi dua kelompok:

1. Bahan kaca non-anyaman dan preprig yang diperkuat ( bahan komposit berdasarkan kain, kertas, serat kontinu, diresapi resin dalam keadaan tidak diawetkan) dengan geometri dan distribusi benang tertentu; bahan organik dengan susunan serat non-orientasi Preprig untuk teknologi laser memiliki ketebalan fiberglass yang lebih kecil sepanjang sumbu Z dibandingkan dengan fiberglass standar.

2. Bahan yang tidak diperkuat (foil tembaga berlapis resin, resin terpolimerisasi), dielektrik cair dan dielektrik film kering.

Dari bahan lain yang digunakan dalam pembuatan papan sirkuit cetak, yang paling banyak digunakan adalah nikel dan perak sebagai logam penahan untuk penyolderan dan pengelasan. Selain itu, sejumlah logam dan paduan lain digunakan (misalnya, timah - bismut, timah - indium, timah - nikel, dll.), yang tujuannya adalah untuk memberikan perlindungan selektif atau resistansi kontak yang rendah, dan meningkatkan kondisi penyolderan. Pelapisan tambahan yang meningkatkan konduktivitas listrik pada konduktor tercetak biasanya dilakukan dengan pengendapan galvanik, lebih jarang dengan metalisasi vakum dan pelapisan panas.

Sampai saat ini, dielektrik foil berdasarkan resin epoksi-fenolik, serta dielektrik berdasarkan resin polimida yang digunakan dalam beberapa kasus, memenuhi persyaratan dasar produsen papan sirkuit cetak. Kebutuhan untuk meningkatkan pembuangan panas dari IC dan LSI, persyaratan konstanta dielektrik rendah dari bahan papan untuk sirkuit berkecepatan tinggi, pentingnya mencocokkan koefisien muai panas bahan papan, paket IC dan pembawa kristal, penerapan secara luas metode modern instalasi menyebabkan kebutuhan untuk mengembangkan material baru. Banyak digunakan di desain modern sarana teknis Komputer menemukan MPP berbasis keramik. Penggunaan substrat keramik untuk pembuatan papan sirkuit cetak terutama disebabkan oleh penggunaan metode suhu tinggi untuk membuat pola konduktif dengan lebar garis minimum, tetapi keunggulan lain dari keramik juga digunakan (konduktivitas termal yang baik, koefisien yang sesuai ekspansi termal dengan paket dan media IC, dll.). Dalam pembuatan MPP keramik, teknologi film tebal paling banyak digunakan.

Dalam basis keramik, aluminium dan berilium oksida, serta aluminium nitrida dan silikon karbida banyak digunakan sebagai bahan awal.

Kerugian utama dari papan keramik adalah ukurannya yang terbatas (biasanya tidak lebih dari 150x150 mm), yang terutama disebabkan oleh kerapuhan keramik, serta sulitnya mencapai kualitas yang dibutuhkan.

Pembentukan pola penghantar (konduktor) dilakukan dengan cara sablon. Pasta yang terdiri dari bubuk logam, pengikat organik dan kaca digunakan sebagai bahan konduktor pada papan substrat keramik. Untuk pasta konduktor harus mempunyai daya rekat yang baik, kemampuan menahan perlakuan panas berulang, spesifik rendah hambatan listrik, bubuk logam mulia digunakan: platinum, emas, perak. Faktor ekonomi juga memaksa penggunaan pasta berdasarkan komposisi: paladium - emas, platinum - perak, paladium - perak, dll.

Pasta isolasi dibuat berdasarkan gelas kristalisasi, semen kaca-kristal, dan keramik kaca. Pasta yang terbuat dari bubuk logam tahan api: tungsten, molibdenum, dll digunakan sebagai bahan konduktor pada papan keramik tipe batch. Pita perekat yang terbuat dari keju keramik berbahan dasar aluminium dan berilium oksida, silikon karbida, dan aluminium nitrida digunakan sebagai bahan dasar benda kerja dan isolator.

Basis logam kaku yang dilapisi dengan dielektrik dicirikan (seperti keramik) dengan pembakaran pasta film tebal berdasarkan kaca dan enamel pada suhu tinggi ke dalam substrat. Fitur papan berbasis logam adalah peningkatan konduktivitas termal, kekuatan struktural, dan keterbatasan kecepatan karena ikatan yang kuat antara konduktor dan dasar logam.

Pelat yang terbuat dari baja, tembaga, titanium, dilapisi resin atau kaca melebur banyak digunakan. Namun, yang paling canggih dalam berbagai indikasi adalah aluminium anodisasi dan paduannya dengan lapisan oksida yang cukup tebal. Aluminium anodized juga digunakan untuk tata letak PCB multilayer film tipis.

Penggunaan basa dengan struktur komposit yang kompleks, termasuk spacer logam, serta basa yang terbuat dari termoplastik, pada papan sirkuit cetak cukup menjanjikan.

Basis PTFE dengan fiberglass digunakan di sirkuit berkecepatan tinggi. Berbagai basa komposit dari "Kevlar dan kuarsa" serta tembaga - Invar - tembaga digunakan dalam kasus di mana diperlukan koefisien muai panas yang mendekati koefisien muai aluminium oksida, misalnya, dalam kasus pemasangan berbagai keramik pembawa kristal (microcases) di papan. Substrat berbasis polimida kompleks digunakan terutama pada sirkuit berdaya tinggi atau aplikasi PCB suhu tinggi.

Sifat fisik dan mekanik bahan harus memenuhi spesifikasi yang ditetapkan dan memastikan produksi PCB berkualitas tinggi sesuai dengan spesifikasi teknis standar. Untuk pembuatan papan, plastik berlapis digunakan - dielektrik foil yang dilapisi dengan foil tembaga elektrolitik dengan ketebalan 5, 20, 35, 50, 70 dan 105 mikron dengan kemurnian tembaga minimal 99,5%, kekasaran permukaan minimal 0,4 –0,5 mikron, tersedia dalam bentuk lembaran dengan dimensi 500×700 mm dan ketebalan 0,06–3 mm. Plastik laminasi harus memiliki ketahanan kimia dan termal yang tinggi, penyerapan air tidak lebih dari 0,2–0,8%, dan tahan terhadap guncangan termal (260°C) selama 5–20 detik. Resistansi permukaan dielektrik pada 40°C dan kelembaban relatif 93% dalam 4 hari. harus minimal 10 4 MOhm. Resistansi volume spesifik dielektrik tidak kurang dari 5·10 11 Ohm·cm. Kekuatan rekat foil ke alas (strip lebar 3 mm) adalah dari 12 hingga 15 MPa. Digunakan sebagai bahan dasar plastik laminasi getinaks , yang merupakan lapisan terkompresi dari kertas isolasi listrik yang diresapi dengan resin fenolik; laminasi fiberglass adalah lapisan terkompresi dari fiberglass yang diresapi dengan resin epoksifenolik, dan bahan lainnya (Tabel 2.1).

Tabel 2.1. Bahan dasar pembuatan papan sirkuit.

Getinax, yang memiliki sifat insulasi listrik yang memuaskan dalam kondisi iklim normal, kemampuan proses yang baik, dan biaya rendah, telah diterapkan dalam produksi peralatan elektronik rumah tangga. Untuk PCB yang dioperasikan dalam kondisi iklim yang sulit dengan kisaran suhu pengoperasian yang luas (–60...+180°C) sebagai bagian dari peralatan komputasi elektronik, peralatan komunikasi, dan peralatan pengukuran, digunakan textolite kaca yang lebih mahal. Mereka dibedakan berdasarkan rentang suhu pengoperasian yang luas, rendah (0,2 - 0,8 %) penyerapan air, nilai ketahanan volumetrik dan permukaan yang tinggi, ketahanan terhadap lengkungan. Kekurangan - kemungkinan terkelupasnya foil karena guncangan termal, membungkus resin saat mengebor lubang. Peningkatan ketahanan api dielektrik (GPF, GPFV, SPNF, STNF) yang digunakan dalam catu daya dicapai dengan memasukkan bahan penghambat api (misalnya, tetrabromodifenilpropana) ke dalam komposisinya.

Untuk pembuatan dielektrik foil, terutama digunakan foil tembaga elektrolitik, satu sisinya harus memiliki permukaan yang halus (tidak lebih rendah dari kebersihan kelas delapan) untuk memastikan reproduksi sirkuit cetak yang akurat, dan sisi lainnya harus kasar dengan a tinggi kekasaran mikro minimal 3 mikron untuk daya rekat yang baik pada dielektrik. Untuk melakukan ini, foil dioksidasi secara elektrokimia dalam larutan natrium hidroksida. Penggagalan dielektrik dilakukan dengan cara pengepresan pada suhu 160–180°C dan tekanan 5–15 MPa.

Bahan keramik dicirikan oleh kekuatan mekanik yang tinggi, yang sedikit berubah pada kisaran suhu 20–700 °C, stabilitas parameter listrik dan geometri, penyerapan air dan pelepasan gas yang rendah (hingga 0,2%) saat dipanaskan dalam ruang hampa, tetapi bahan tersebut rapuh dan memiliki biaya tinggi.

Baja dan aluminium digunakan sebagai dasar logam papan. Pada dasar baja, isolasi area pembawa arus dilakukan dengan menggunakan enamel khusus, yang meliputi oksida magnesium, kalsium, silikon, boron, aluminium atau campurannya, pengikat (polivinil klorida, polivinil asetat atau metil metakrilat) dan bahan pemlastis. Film diaplikasikan ke alas dengan cara digulung di antara rol, diikuti dengan pembakaran. Lapisan insulasi dengan ketebalan beberapa puluh hingga ratusan mikrometer dengan resistansi insulasi 10 2 – 10 3 MOhm pada permukaan aluminium diperoleh melalui oksidasi anodik. Konduktivitas termal aluminium anodisasi adalah 200 W/(m K), dan baja adalah 40 W/(m K). Polimer non-polar (fluoroplastik, polietilen, polipropilen) dan polar (polistirena, polifenilen oksida) digunakan sebagai dasar PP gelombang mikro. Bahan keramik yang memiliki karakteristik kelistrikan dan parameter geometri yang stabil juga digunakan untuk pembuatan papan mikro dan rakitan mikro pada rentang gelombang mikro.

Film poliamida digunakan untuk pembuatan papan sirkuit fleksibel dengan kekuatan tarik tinggi, ketahanan kimia, dan tahan api. Ia memiliki stabilitas suhu tertinggi di antara polimer, karena tidak kehilangan fleksibilitas dari suhu nitrogen cair hingga suhu penyolderan eutektik silikon dengan emas (400°C). Selain itu, hal ini ditandai dengan evolusi gas yang rendah dalam ruang hampa, ketahanan terhadap radiasi, dan tidak adanya selubung selama pengeboran. Kekurangan: peningkatan penyerapan air dan biaya tinggi.

Pembentukan gambar diagram.

Menggambar pola atau relief pelindung dari konfigurasi yang diperlukan diperlukan saat melakukan proses metalisasi dan etsa. Gambar harus memiliki batas yang jelas dengan reproduksi garis-garis halus yang akurat, tahan terhadap larutan etsa, tidak mencemari papan sirkuit dan elektrolit, dan mudah dihilangkan setelah menjalankan fungsinya. Pemindahan desain sirkuit tercetak ke dielektrik foil dilakukan dengan menggunakan gridografi, pencetakan offset, dan pencetakan foto. Pilihan metode tergantung pada desain papan, akurasi dan kepadatan pemasangan yang diperlukan, serta produksi serial.

Metode gridografi menggambar diagram sirkuit adalah yang paling hemat biaya untuk produksi papan sirkuit massal dan skala besar dengan lebar konduktor minimum dan jarak antara keduanya > 0,5 mm, akurasi reproduksi gambar ± 0,1 mm. Idenya adalah untuk mengaplikasikan cat tahan asam khusus pada papan dengan menekannya dengan spatula karet (alat pembersih karet) melalui stensil jaring, di mana pola yang diperlukan dibentuk oleh sel jaring terbuka (Gbr. 2.4).

Untuk pembuatan stensil digunakan jaring logam dari baja tahan karat dengan ketebalan kawat 30–50 mikron dan frekuensi tenun 60–160 benang per 1 cm, serat nilon metalisasi yang memiliki elastisitas lebih baik, dengan ketebalan benang 40 mikron. dan frekuensi penenunan hingga 200 benang per 1 cm, serta dari serat poliester dan nilon

Salah satu kelemahan jaring adalah dapat meregang jika digunakan berulang kali. Yang paling tahan lama adalah jaring yang terbuat dari baja tahan karat (hingga 20 ribu cetakan), plastik metalisasi (12 ribu), serat poliester (hingga 10 ribu), nilon (5 ribu).

Beras. 2.4. Prinsip sablon.

1 – alat pembersih yg terbuat dr karet; 2 – stensil; 3 – cat; 4 – pangkalan.

Gambar pada grid diperoleh dengan mengekspos photoresist cair atau kering (film), setelah pengembangan sel-sel grid terbuka (tanpa pola) terbentuk. Stensil pada rangka jaring dipasang dengan jarak 0,5–2 mm dari permukaan papan sehingga kontak jaring dengan permukaan papan hanya pada area yang ditekan dengan alat pembersih karet. Alat pembersih yg terbuat dr karet adalah potongan karet runcing berbentuk persegi panjang yang dipasang pada media pada sudut 60–70°.

Untuk mendapatkan pola PP digunakan cat termoseting ST 3.5;

ST 3.12, dikeringkan dalam lemari pemanas pada suhu 60°C selama 40 menit, atau di udara selama 6 jam, sehingga memperpanjang proses screenografi. Teknologi yang lebih maju adalah komposisi fotopolimer EP-918 dan FKP-TZ dengan proses pengawetan ultraviolet selama 10–15 detik, yang merupakan faktor penentu dalam otomatisasi proses. Ketika diterapkan sekali, lapisan hijau memiliki ketebalan 15–25 mikron, mereproduksi pola dengan lebar garis dan celah hingga 0,25 mm, tahan terhadap perendaman dalam lelehan solder POS-61 pada suhu 260°C hingga 10 s, paparan campuran alkohol-bensin hingga 5 menit dan siklus termal dalam kisaran suhu dari – 60 hingga +120 °C. Setelah menerapkan desain, papan dikeringkan pada suhu 60 ° C selama 5-8 menit, kualitasnya dikontrol dan, jika perlu, diperbaiki. Pelepasan masker pelindung setelah etsa atau metalisasi dilakukan dengan menggunakan metode kimia dalam larutan soda kaustik 5% selama 10-20 detik.

Meja 2.2. Peralatan untuk sablon.

Untuk sablon digunakan peralatan semi otomatis dan otomatis, berbeda dalam format cetak dan produktivitas (Tabel 2.2). Jalur sablon otomatis dari Chemcut (AS), Resco (Italia) memiliki sistem otomatis untuk mengumpankan dan memasang papan, pergerakan alat pembersih yg terbuat dr karet, dan menahan pasokan. Untuk mengeringkan bahan resistan digunakan oven jenis terowongan IR.

Pencetakan offset digunakan untuk produksi PCB skala besar dengan rentang sirkuit yang kecil. Resolusinya 0,5–1 mm, keakuratan gambar yang dihasilkan ±0,2 mm. Inti dari metode ini adalah cat digulung menjadi klise yang membawa gambar sirkuit (konduktor tercetak, bantalan kontak). Kemudian dikeluarkan dengan roller offset berlapis karet, dipindahkan ke dasar isolasi dan dikeringkan. Klise dan alas papan terletak satu di belakang yang lain pada alas mesin cetak offset (Gbr. 2.5)

Gambar 2.5. Skema pencetakan offset.

1 – rol offset; 2 – klise; 3 – papan;

4 – roller untuk mengaplikasikan cat; 5 – rol tekanan.

Keakuratan pencetakan dan ketajaman kontur ditentukan oleh paralelisme roller dan alasnya, jenis dan konsistensi cat. Dengan satu klise Anda dapat membuat cetakan dalam jumlah tak terbatas. Produktivitas metode ini dibatasi oleh durasi siklus osilasi (aplikasi cat - transfer) dan tidak melebihi 200–300 tayangan per jam. Kekurangan metode: lamanya proses pembuatan yang klise, sulitnya mengubah pola rangkaian, sulitnya mendapatkan lapisan yang tidak berpori, mahalnya biaya peralatan.

Metode fotografi menggambar pola memungkinkan Anda memperoleh lebar minimum konduktor dan jarak di antara keduanya 0,1–0,15 mm dengan akurasi reproduksi hingga 0,01 mm. Dari sudut pandang ekonomi, metode ini kurang hemat biaya, tetapi memungkinkan resolusi pola maksimum dan oleh karena itu digunakan dalam produksi skala kecil dan massal dalam pembuatan papan dengan kepadatan tinggi dan presisi. Metode ini didasarkan pada penggunaan komposisi fotosensitif yang disebut fotoresist , yang harus memiliki: sensitivitas tinggi; resolusi tinggi; lapisan homogen dan tidak berpori di seluruh permukaan dengan daya rekat tinggi pada bahan papan; resistensi terhadap pengaruh kimia; kemudahan persiapan, keandalan dan keamanan penggunaan.

Photoresists dibagi menjadi negatif dan positif. Fotoresis negatif di bawah pengaruh radiasi, mereka membentuk area bantuan pelindung sebagai akibat dari fotopolimerisasi dan pengerasan. Area yang diterangi berhenti larut dan tetap berada di permukaan media. Fotoresis positif mengirimkan gambar photomask tanpa perubahan. Selama pemrosesan ringan, area yang terbuka dihancurkan dan dicuci.

Untuk mendapatkan pola rangkaian bila menggunakan photoresist negatif, pemaparan dilakukan melalui photoresist negatif, dan photoresist positif dipaparkan melalui positif. Fotoresis positif memiliki resolusi lebih tinggi, hal ini disebabkan oleh perbedaan penyerapan radiasi oleh lapisan fotosensitif. Resolusi lapisan dipengaruhi oleh pembengkokan difraksi cahaya di tepi elemen buram templat dan pantulan cahaya dari substrat (Gbr. 2.6, A).

Gambar.2.6. Paparan lapisan fotosensitif:

a – paparan; b – fotoresist negatif; c – fotoresist positif;

1 – difraksi; 2 – hamburan; 3 – refleksi; 4 – templat; 5 – menolak; 6 – substrat.

Dalam photoresist negatif, difraksi tidak memainkan peran yang nyata, karena templat ditekan dengan kuat ke resistan, tetapi sebagai hasil refleksi, lingkaran cahaya muncul di sekitar area pelindung, yang mengurangi resolusi (Gbr. 2.6, B). Pada lapisan resistan positif, di bawah pengaruh difraksi, hanya area atas resistan di bawah area buram masker foto yang akan dihancurkan dan tersapu selama pengembangan, yang akan berdampak kecil pada sifat pelindung lapisan tersebut. Cahaya yang dipantulkan dari media dapat menyebabkan kerusakan pada area yang berdekatan dengannya, namun pengembang tidak menghilangkan area ini, karena di bawah pengaruh gaya perekat, lapisan akan bergerak ke bawah, sekali lagi membentuk tepi gambar yang jelas tanpa lingkaran cahaya. (Gbr. 2.6, V).

Saat ini, photoresist cair dan kering (film) digunakan dalam industri. Fotoresis cair– larutan koloid polimer sintetik, khususnya polivinil alkohol (PVA). Kehadiran gugus hidroksil OH di setiap mata rantai menentukan tingginya higroskopisitas dan polaritas polivinil alkohol. Ketika amonium dikromat ditambahkan ke larutan PVA dalam air, larutan tersebut “tersensitisasi.” Photoresist berbasis PVA diaplikasikan pada permukaan papan yang telah disiapkan sebelumnya dengan mencelupkan benda kerja, menuangkan, dan kemudian melakukan sentrifugasi. Kemudian lapisan photoresist dikeringkan dalam lemari pemanas dengan sirkulasi udara pada suhu 40°C selama 30–40 menit. Setelah pemaparan, photoresist dikembangkan air hangat. Untuk meningkatkan ketahanan kimia fotoresist berbasis PVA, digunakan penyamakan kimia pola PP dalam larutan kromat anhidrida, kemudian penyamakan termal pada suhu 120°C selama 45–50 menit. Penyamakan (penghilangan) photoresist dilakukan selama 3–6 detik dalam larutan dengan komposisi berikut:

– 200–250 g/l asam oksalat,

– 50–80 g/l natrium klorida,

– hingga 1000 ml air pada suhu 20 °C.

Keunggulan photoresist berbasis PVA adalah toksisitas rendah dan bahaya kebakaran, pengembangan menggunakan air. Kerugiannya termasuk efek penyamakan gelap (oleh karena itu, umur simpan blanko dengan photoresist yang diterapkan tidak boleh melebihi 3-6 jam), ketahanan asam dan alkali yang rendah, kesulitan dalam mengotomatisasi proses mendapatkan pola, kompleksitas persiapan photoresist , dan sensitivitas rendah.

Peningkatan sifat photoresist cair (penghilangan tanning, peningkatan ketahanan asam) dicapai dalam photoresist berdasarkan sinamat. Komponen fotosensitif dari fotoresist jenis ini adalah polivinil sinamat (PVC), produk reaksi polivinil alkohol dan asam sinamat klorida. Resolusinya kira-kira 500 garis/mm, pengembangan dilakukan dalam pelarut organik - trikloroetana, toluena, klorobenzena. Untuk mengintensifkan proses pengembangan dan penghilangan photoresist PVC, getaran ultrasonik digunakan. Difusi dalam bidang ultrasonik sangat dipercepat karena aliran mikro akustik, dan gelembung kavitasi yang dihasilkan, ketika dipecah, merobek bagian photoresist dari papan. Waktu pengembangan berkurang menjadi 10 detik, yaitu 5–8 kali lipat dibandingkan teknologi konvensional. Kerugian dari photoresist PVC termasuk biayanya yang tinggi dan penggunaan pelarut organik beracun. Oleh karena itu, resistensi PVC tidak ditemukan aplikasi yang luas dalam pembuatan PCB, dan digunakan terutama dalam pembuatan IC.

Fotoresis berdasarkan senyawa diazo digunakan terutama sebagai senyawa positif. Fotosensitifitas senyawa diazo disebabkan oleh adanya gugus yang terdiri dari dua atom nitrogen N2 (Gbr. 2.7).

Gambar.2.7. Ikatan molekul pada struktur senyawa diazo.

Pengeringan lapisan photoresist dilakukan dalam dua tahap:

– pada suhu 20°C selama 15–20 menit untuk menguapkan komponen yang mudah menguap;

– dalam termostat dengan sirkulasi udara pada suhu 80°C selama 30–40 menit.

Pengembangnya adalah larutan trisodium fosfat, soda, dan alkali lemah. Photoresists FP-383, FN-11 berdasarkan senyawa diazo memiliki resolusi 350–400 garis/mm, ketahanan kimia yang tinggi, tetapi biayanya tinggi.

Fotoresis film kering Merek Riston pertama kali dikembangkan pada tahun 1968 oleh Du Pont (USA) dan memiliki ketebalan 18 mikron (merah), 45 mikron (biru) dan 72 mikron (ruby). Fotoresist film kering SPF-2 telah diproduksi sejak tahun 1975 dengan ketebalan 20, 40 dan 60 mikron dan merupakan polimer berbahan dasar polimetil metakrilat. 2 (Gbr. 2.8), terletak di antara polietilen 3 dan lavsan/film dengan ketebalan masing-masing 25 mikron.

Gambar.2.8. Struktur photoresist kering.

Jenis fotoresist film kering berikut ini diproduksi di CIS:

– diwujudkan dalam zat organik – SPF-2, SPF-AS-1, SRF-P;

– air basa – SPF-VShch2, TFPC;

– peningkatan keandalan – SPF-PNShch;

– pelindung – SPF-Z-VShch.

Sebelum digulung ke permukaan dasar PCB, lapisan pelindung polietilen dilepas dan fotoresist kering diaplikasikan ke papan menggunakan metode roller (cladding, laminasi) ketika dipanaskan hingga 100°C dengan kecepatan hingga 1 m/menit menggunakan alat khusus yang disebut laminator. Tahan kering berpolimerisasi di bawah pengaruh radiasi ultraviolet, sensitivitas spektral maksimumnya berada di wilayah 350 nm, oleh karena itu lampu merkuri digunakan untuk pemaparan. Pengembangan dilakukan pada mesin tipe jet dalam larutan metil klorida dan dimetilformamida.

SPF-2 adalah photoresist film kering, serupa sifatnya dengan photoresist Riston, dapat diproses dalam lingkungan asam dan basa dan digunakan dalam semua metode pembuatan DPP. Saat menggunakannya, peralatan pengembangan harus disegel. SPF-VShch memiliki resolusi lebih tinggi (100–150 garis/mm), tahan dalam lingkungan asam, dan dapat diproses dalam larutan basa. Komposisi fotoresist TFPC (dalam komposisi polimerisasi) mencakup asam metakrilat, yang meningkatkan karakteristik kinerja. Tidak memerlukan perlakuan panas pada lapisan pelindung sebelum pelapisan listrik. SPF-AS-1 memungkinkan Anda memperoleh pola PP menggunakan teknologi subtraktif dan aditif, karena tahan terhadap lingkungan asam dan basa. Untuk meningkatkan daya rekat lapisan fotosensitif ke substrat tembaga, benzotriazol dimasukkan ke dalam komposisi.

Penggunaan photoresist kering secara signifikan menyederhanakan proses pembuatan PCB dan meningkatkan hasil produk yang sesuai dari 60 menjadi 90%. Di mana:

– operasi pengeringan, penyamakan dan retouching, serta kontaminasi dan ketidakstabilan lapisan tidak termasuk;

– perlindungan lubang logam dari kebocoran photoresist disediakan;

– otomatisasi tinggi dan mekanisasi proses pembuatan PCB dan kontrol gambar tercapai.

Instalasi untuk mengaplikasikan photoresist film kering - laminator (Gbr. 2.9) terdiri dari roller 2, biaya pengiriman 6 dan menekan photoresist ke permukaan benda kerja, rol 3 Dan 4 untuk melepas film polietilen pelindung, gulungan dengan photoresist 5, pemanas 1 dengan termostat.

Gambar.2.9. Diagram laminasi.

Kecepatan pergerakan papan blanko mencapai 0,1 m/s, suhu pemanas (105 ±5) °C. Desain instalasi ARSM 3.289.006 NPO Raton (Belarus) memberikan gaya tekan yang konstan terlepas dari celah yang dipasang di antara roller pemanas. Lebar maksimum benda kerja PP adalah 560 mm. Ciri khas rolling adalah bahaya debu masuk ke bawah lapisan photoresist, sehingga pemasangan harus dilakukan di zona kedap udara. Film photoresist yang digulung disimpan setidaknya selama 30 menit sebelum pemaparan hingga proses penyusutan total, yang dapat menyebabkan distorsi pola dan mengurangi daya rekat.

Perkembangan pola tersebut dilakukan sebagai akibat dari aksi kimia dan mekanis metil kloroform. Waktu pengembangan optimal diambil 1,5 kali lebih lama dari waktu yang dibutuhkan untuk menghilangkan SPF yang tidak disamak secara menyeluruh. Kualitas operasi pengembangan bergantung pada lima faktor: waktu pengembangan, suhu pengembangan, tekanan pengembang dalam ruang, kontaminasi gel pengembangan, dan tingkat pembilasan akhir. Ketika photoresist terlarut terakumulasi dalam pengembang, kecepatan pengembangan melambat. Setelah pengembangan, papan harus dicuci dengan air sampai semua sisa pelarut hilang sepenuhnya. Durasi operasi pengembangan SPF-2 pada suhu pengembang 14–18°C, tekanan larutan dalam ruang 0,15 MPa dan kecepatan konveyor 2,2 m/menit adalah 40–42 detik.

Penghapusan dan pengembangan photoresist dilakukan pada mesin inkjet (GGMZ.254.001, ARSMZ.249.000) dalam metilen klorida. Ini adalah pelarut yang kuat, sehingga operasi penghilangan photoresist harus dilakukan dengan cepat (dalam waktu 20–30 detik). Instalasi menyediakan siklus tertutup untuk penggunaan pelarut; setelah mengairi papan, pelarut masuk ke penyuling, dan kemudian pelarut murni dialihkan untuk digunakan kembali.

Pemaparan suatu photoresist dimaksudkan untuk mengawali reaksi fotokimia di dalamnya dan dilakukan pada instalasi yang mempunyai sumber cahaya (scanning atau stasioner) dan beroperasi pada daerah ultraviolet. Untuk memastikan masker foto terpasang erat pada papan kosong, bingkai digunakan di tempat yang menciptakan ruang hampa. Pemasangan pemaparan SKTSI.442152.0001 NPO "Raton" dengan bidang kerja rangka pembebanan 600×600 mm memberikan produktivitas 15 papan/jam. Waktu paparan lampu merkuri DRSh-1000 1–5 menit. Setelah pemaparan, untuk menyelesaikan reaksi fotokimia gelap, diperlukan pemaparan pada suhu kamar selama 30 menit sebelum melepaskan film pelindung Mylar.

Kerugian dari photoresist kering adalah kebutuhan untuk menerapkan kekuatan mekanis selama penggulungan, yang tidak dapat diterima untuk substrat kaca-keramik, dan masalah daur ulang limbah padat dan cair. Untuk setiap 1000 m 2 material, dihasilkan hingga 40 kg limbah padat dan 21 kg limbah cair, yang pembuangannya merupakan masalah lingkungan.

Untuk memperoleh pola konduktif pada bahan dasar insulasi, baik dengan metode gridografi maupun fotokimia, perlu menggunakan photomask, yaitu gambaran grafis pola tersebut dengan skala 1:1 pada pelat atau film fotografi. Photomask dibuat dalam gambar positif ketika membangun area konduktif pada pita dan dalam gambar negatif ketika area konduktif diperoleh dengan mengetsa tembaga dari area celah.

Keakuratan geometris dan kualitas pola PP dipastikan terutama oleh keakuratan dan kualitas masker foto, yang harus memiliki:

– gambar elemen hitam putih yang kontras dengan batas yang jelas dan rata dengan kerapatan optik bidang hitam minimal 2,5 unit, area transparan tidak lebih dari 0,2 unit, diukur pada densitometer tipe DFE-10;

– cacat gambar minimal (titik gelap di ruang putih, titik transparan di bidang hitam), yang tidak melebihi 10–30 µm;

– akurasi elemen desain ±0,025 mm.

DI DALAM ke tingkat yang lebih besar Persyaratan yang tercantum dipenuhi oleh pelat dan film fotografi kontras tinggi “Mikrat-N” (USSR), pelat fotografi jenis FT-41P (USSR), RT-100 (Jepang) dan Agfalit (Jerman).

Saat ini, dua metode utama untuk mendapatkan masker foto digunakan: memotretnya dari foto asli dan menggambarnya dengan sinar pada film fotografi menggunakan koordinatograf yang dikendalikan program atau sinar laser. Saat membuat foto asli, desain PP dibuat dalam skala yang diperbesar (10:1, 4:1, 2:1) pada bahan dengan penyusutan rendah dengan cara menggambar, membuat applique atau memotong enamel. Metode aplikasi melibatkan menempelkan elemen standar yang telah disiapkan sebelumnya ke dasar transparan (lavsan, kaca, dll.). Metode pertama dicirikan oleh akurasi yang rendah dan intensitas tenaga kerja yang tinggi, oleh karena itu metode ini digunakan terutama untuk papan prototipe.

Pemotongan enamel digunakan untuk PP dengan kepadatan pemasangan tinggi. Untuk melakukan ini, lembaran kaca yang dipoles ditutupi dengan lapisan enamel buram, dan pemotongan desain sirkuit dilakukan menggunakan koordinatograf yang dikontrol secara manual. Keakuratan polanya adalah 0,03–0,05 mm.

Foto asli yang dihasilkan difoto dengan reduksi yang diperlukan pada pelat fotografi kontras tinggi menggunakan kamera cetak fotoreproduksi seperti PP-12, EM-513, Klimsch (Jerman) dan diperoleh masker foto yang dapat dikontrol dan berfungsi. Untuk replikasi dan produksi masker foto kerja, tunggal, dan grup, metode pencetakan kontak digunakan dari salinan negatif masker foto kontrol. Pengoperasian dilakukan pada model pengganda ARSM 3.843.000 dengan akurasi ±0,02 mm.

Kerugian dari metode ini adalah tingginya intensitas tenaga kerja untuk mendapatkan foto asli, yang membutuhkan tenaga kerja berketerampilan tinggi, dan sulitnya menerangi foto asli secara seragam pada area yang luas, sehingga menurunkan kualitas masker foto.

Meningkatnya kompleksitas dan kepadatan pola PP serta kebutuhan untuk meningkatkan produktivitas tenaga kerja menyebabkan berkembangnya metode produksi masker foto menggunakan sinar pemindaian langsung pada film fotografi. Mesin koordinat dengan kontrol program telah dikembangkan untuk menghasilkan masker foto menggunakan berkas cahaya. Dengan transisi ke desain papan mesin, kebutuhan untuk menggambar menghilang, karena pita kertas berlubang dengan koordinat konduktor yang diperoleh dari komputer dimasukkan ke dalam perangkat pembaca koordinatograf, di mana masker foto dibuat secara otomatis.

Koordinatografi (Gbr. 2.10) terdiri dari tabel vakum 8, tempat film, kepala foto, dan unit kontrol dipasang /. Meja bergerak dengan presisi tinggi dalam dua arah yang saling tegak lurus menggunakan sekrup timah presisi 9 dan 3, yang digerakkan oleh motor stepper 2 Dan 10. Kepala foto menyalakan iluminator 4, sistem fokus 5, diafragma melingkar 6 dan rana foto 7. Diafragma memiliki sekumpulan lubang (25–70), membentuk elemen tertentu dari pola PP, dan dipasang pada poros motor stepper. Sesuai dengan program pengoperasian, sinyal dari unit kontrol disuplai ke motor stepper penggerak meja, diafragma, dan ke iluminator. Koordinatografi modern (Tabel 5.4) dilengkapi dengan sistem yang secara otomatis mempertahankan mode cahaya konstan, mengeluarkan informasi tentang masker foto dari komputer ke film pada skala 1:2; 1:1; 2:1; 4:1.

Beras. 5.10. Diagram koordinatograf.

Apa yang diwakilinya dicetak papan A?

Dicetak papan A atau papan A, adalah suatu pelat atau panel yang terdiri dari satu atau dua pola konduktif yang terletak pada permukaan dasar dielektrik, atau suatu sistem pola konduktif yang terletak pada volume dan pada permukaan dasar dielektrik, saling berhubungan sesuai dengan prinsip Diagram listrik, dimaksudkan untuk sambungan listrik dan pengikatan mekanis produk elektronik, elektronik kuantum, dan produk listrik yang dipasang di atasnya - komponen elektronik pasif dan aktif.

paling sederhana dicetak papan oh adalah papan A, yang berisi konduktor tembaga di satu sisi dicetak papan S dan menghubungkan elemen pola konduktif hanya pada salah satu permukaannya. Seperti papan S dikenal sebagai lapisan tunggal dicetak papan S atau sepihak dicetak papan S(disingkat menjadi AKI).

Saat ini, yang paling populer dalam produksi dan paling luas dicetak papan S, yang berisi dua lapisan, yaitu mengandung pola konduktif di kedua sisinya papan S– dua sisi (lapis ganda) dicetak papan S(disingkat DPP). Koneksi tembus digunakan untuk menghubungkan konduktor antar lapisan. instalasi lubang metalisasi dan transisi. Namun tergantung kompleksitas fisik desainnya dicetak papan S, saat kabel berada di kedua sisi papan tidak menjadi terlalu rumit dalam produksi memesan tersedia multilapis dicetak papan S(disingkat MPP), dimana pola konduktif yang terbentuk tidak hanya pada dua sisi luar papan S, tetapi juga di lapisan dalam dielektrik. Tergantung pada kompleksitasnya, multi-layer dicetak papan S dapat dibuat dari 4,6,...24 lapisan atau lebih.

Untuk instalasi A komponen elektronik menyala dicetak papan S, diperlukan operasi teknologi - penyolderan, digunakan untuk mendapatkan sambungan permanen bagian-bagian yang terbuat dari logam yang berbeda dengan memasukkan logam cair - solder, yang memiliki lebih banyak suhu rendah meleleh dibandingkan bahan bagian yang disambung. Kontak bagian yang disolder, serta solder dan fluks, dikontakkan dan dipanaskan pada suhu di atas titik leleh solder, tetapi di bawah suhu leleh bagian yang disolder. Akibatnya, solder menjadi cair dan membasahi permukaan bagian-bagiannya. Setelah ini, pemanasan berhenti dan solder masuk ke fase padat, membentuk sambungan. Proses ini dapat dilakukan secara manual atau menggunakan peralatan khusus.

Sebelum menyolder, komponen dipasang dicetak papan e mengarahkan komponen ke dalam lubang tembus papan S dan disolder ke bantalan kontak dan/atau permukaan bagian dalam lubang yang dilapisi logam - yang disebut. teknologi instalasi A ke dalam lubang (THT Through Hole Technology - teknologi instalasi A ke dalam lubang atau dengan kata lain - pin instalasi atau DIP instalasi). Selain itu, teknologi permukaan yang lebih progresif semakin meluas, terutama dalam produksi massal dan skala besar. instalasi A- disebut juga TMP (teknologi instalasi A ke permukaan) atau SMT(teknologi pemasangan di permukaan) atau teknologi SMD (dari perangkat pemasangan di permukaan - perangkat yang dipasang di permukaan). Perbedaan utamanya dari teknologi “tradisional”. instalasi A ke dalam lubang adalah komponen dipasang dan disolder ke bantalan tanah, yang merupakan bagian dari pola konduktif di permukaan dicetak papan S. Dalam teknologi permukaan instalasi A Biasanya, dua metode penyolderan digunakan: penyolderan reflow pasta solder dan penyolderan gelombang. Keuntungan utama dari metode penyolderan gelombang adalah kemampuannya untuk menyolder kedua komponen yang dipasang di permukaan secara bersamaan papan S, dan ke dalam lubang. Pada saat yang sama, penyolderan gelombang adalah metode penyolderan yang paling produktif instalasi e ke dalam lubang. Penyolderan reflow didasarkan pada penggunaan bahan teknologi khusus - pasta solder. Ini berisi tiga komponen utama: solder, fluks (aktivator) dan pengisi organik. Pematerian tempel diterapkan pada bantalan kontak baik menggunakan dispenser atau melalui setensilan, kemudian komponen elektronika tersebut dipasang dengan lead pada pasta solder kemudian dilakukan proses pencairan kembali solder yang terdapat pada pasta solder tersebut. oven khusus dengan memanaskan dicetak papan S dengan komponen.

Untuk menghindari dan/atau mencegah hubungan arus pendek yang tidak disengaja pada konduktor dari sirkuit yang berbeda selama proses penyolderan, pabrikan dicetak papan gunakan masker solder pelindung (topeng solder Inggris; juga dikenal sebagai "brilian") - lapisan yang tahan lama bahan polimer, dirancang untuk melindungi konduktor dari masuknya solder dan fluks selama penyolderan, serta dari panas berlebih. Pematerian masker menutupi konduktor dan membiarkan bantalan serta konektor bilah terbuka. Warna topeng solder yang paling umum digunakan dicetak papan A x - hijau, lalu merah dan biru. Perlu diingat bahwa pematerian masker tidak melindungi papan dari kelembaban selama pengoperasian papan S dan pelapis organik khusus digunakan untuk melindungi dari kelembapan.

Dalam program CAD paling populer dicetak papan dan perangkat elektronik (disingkat CAD - CAM350, P-CAD, Protel DXP, SPECCTRA, OrCAD, Allegro, Expedition PCB, Genesis), sebagai aturan, ada aturan yang terkait dengan topeng solder. Aturan-aturan ini menentukan jarak/kemunduran yang harus dijaga antara tepi bantalan solder dan tepi masker solder. Konsep ini diilustrasikan pada Gambar 2(a).

Sablon atau penandaan sutra.

Penandaan (eng. Silkscreen, legenda) adalah proses di mana pabrikan menerapkan informasi tentang komponen elektronik dan membantu memfasilitasi proses perakitan, inspeksi, dan perbaikan. Biasanya, penandaan diterapkan untuk menunjukkan titik referensi dan posisi, orientasi, dan peringkat komponen elektronik. Ini juga dapat digunakan untuk tujuan desain apa pun dicetak papan, misalnya, tunjukkan nama perusahaan, petunjuk pengaturan (ini banyak digunakan pada motherboard lama papan A X komputer pribadi) dll. Penandaan dapat diterapkan pada kedua sisi papan S dan biasanya diaplikasikan dengan menggunakan sablon (silk-screen) dengan cat khusus (dengan thermal atau UV curing) berwarna putih, kuning atau hitam. Gambar 2 (b) menunjukkan peruntukan dan luas komponen, dibuat dengan tanda berwarna putih.

Struktur lapisan di CAD

Seperti disebutkan di awal artikel ini, dicetak papan S dapat dibuat dari beberapa lapisan. Kapan dicetak papan A dirancang menggunakan CAD, sering terlihat pada strukturnya dicetak papan S beberapa lapisan yang tidak sesuai dengan lapisan yang dibutuhkan dengan kabel bahan konduktif (tembaga). Misalnya, lapisan penandaan dan masker solder adalah lapisan non-konduktif. Kehadiran lapisan konduktif dan non-konduktif dapat menimbulkan kebingungan, karena produsen menggunakan istilah lapisan padahal yang dimaksud hanya lapisan konduktif. Mulai sekarang, kita akan menggunakan istilah "lapisan" tanpa "CAD" hanya jika mengacu pada lapisan konduktif. Jika kita menggunakan istilah "lapisan CAD" yang kita maksud adalah semua jenis lapisan, yaitu lapisan konduktif dan non-konduktif.

Struktur lapisan di CAD:

Gambar 3 menunjukkan tiga struktur lapisan yang berbeda. warna oranye menyoroti lapisan konduktif di setiap struktur. Tinggi atau ketebalan struktur dicetak papan S dapat bervariasi tergantung tujuannya, namun ketebalan yang paling umum digunakan adalah 1,5 mm.

Jenis Rumah Komponen Elektronik

Ada berbagai macam jenis housing komponen elektronik yang ada di pasaran saat ini. Biasanya ada beberapa jenis rumah untuk satu elemen pasif atau aktif. Misalnya, Anda dapat menemukan sirkuit mikro yang sama baik dalam paket QFP (dari Paket Quad Flat Bahasa Inggris - rangkaian paket sirkuit mikro dengan pin planar yang terletak di keempat sisinya) dan dalam paket LCC (dari Bahasa Inggris Leadless Chip Carrier - adalah rumah keramik persegi berprofil rendah dengan kontak terletak di bagian bawahnya).

Pada dasarnya ada 3 kelompok besar selungkup elektronik:

Papan kontak dicetak papan S(tanah Inggris)

Papan kontak dicetak papan S- bagian dari pola konduktif dicetak papan S, digunakan untuk sambungan listrik produk elektronik yang dipasang. Papan kontak dicetak papan S Ini mewakili bagian konduktor tembaga yang terbuka dari topeng solder, tempat kabel komponen disolder. Ada dua jenis bantalan - bantalan kontak instalasi lubang untuk instalasi A ke dalam lubang dan bantalan planar untuk permukaan instalasi A- Bantalan SMD. Terkadang, SMD via pad sangat mirip dengan via pad. instalasi A ke dalam lubang.

Gambar 4 menunjukkan bantalan untuk 4 komponen elektronik yang berbeda. Delapan untuk bantalan SMD IC1 dan dua untuk R1, serta tiga bantalan berlubang untuk komponen elektronik Q1 dan PW.

Konduktor tembaga

Konduktor tembaga digunakan untuk menghubungkan dua titik dicetak papan e - misalnya, untuk menghubungkan antara dua bantalan SMD (Gambar 5.), atau untuk menghubungkan bantalan SMD ke sebuah bantalan instalasi lubang atau untuk menghubungkan dua vias.

Konduktor dapat mempunyai perhitungan lebar yang berbeda-beda tergantung pada arus yang mengalir melaluinya. Selain itu, pada frekuensi tinggi, perlu untuk menghitung lebar konduktor dan celah di antara keduanya, karena resistansi, kapasitansi, dan induktansi sistem konduktor bergantung pada panjang, lebar, dan posisi relatifnya.

Melalui vias berlapis dicetak papan S

Ketika Anda perlu menghubungkan komponen yang terletak di lapisan atas dicetak papan S dengan komponen yang terletak di lapisan bawah, digunakan vias berlapis yang menghubungkan elemen pola konduktif pada lapisan yang berbeda dicetak papan S. Lubang-lubang ini memungkinkan arus melewatinya dicetak papan kamu. Gambar 6 menunjukkan dua kabel yang dimulai pada bantalan komponen di lapisan atas dan berakhir pada bantalan komponen lain di lapisan bawah. Setiap konduktor memiliki lubang tembusnya sendiri, yang mengalirkan arus dari lapisan atas ke lapisan bawah.

Gambar 6. Koneksi dua sirkuit mikro melalui konduktor dan vias logam di sisi yang berbeda dicetak papan S

Gambar 7 memberikan gambaran yang lebih rinci persilangan 4 lapisan dicetak papan. Di sini warna menunjukkan lapisan berikut:

Pada modelnya dicetak papan S, Gambar 7 menunjukkan konduktor (merah) yang termasuk dalam lapisan konduktif atas, dan melewatinya papan y menggunakan through-via, lalu melanjutkan jalurnya sepanjang lapisan paling bawah (biru).

Gambar 7. Konduktor dari lapisan atas melewatinya dicetak papan y dan melanjutkan jalurnya di lapisan bawah.

Lubang logam "buta". dicetak papan S

Dalam HDI (Interkoneksi Kepadatan Tinggi) dicetak papan A x, perlu menggunakan lebih dari dua lapisan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7. Biasanya, dalam struktur multi-lapisan dicetak papan S Di mana banyak IC dipasang, lapisan terpisah digunakan untuk daya dan ground (Vcc atau GND), dan dengan demikian lapisan sinyal luar dibebaskan dari rel daya, yang membuatnya lebih mudah untuk merutekan kabel sinyal. Ada juga kasus ketika konduktor sinyal harus melewati lapisan luar (atas atau bawah) sepanjang jalur terpendek untuk memberikan impedansi karakteristik yang diperlukan, persyaratan isolasi galvanik, dan diakhiri dengan persyaratan ketahanan terhadap pelepasan muatan listrik statis. Untuk jenis sambungan ini, lubang logam buta digunakan (Blind via - “blind” atau “blind”). Ini mengacu pada lubang penghubung lapisan luar dengan satu atau lebih internal, yang memungkinkan Anda membuat sambungan setinggi mungkin. Lubang buta dimulai pada lapisan luar dan berakhir pada lapisan dalam, oleh karena itu diawali dengan "buta".

Untuk mengetahui lubang mana yang ada papan e, kamu bisa menaruh dicetak papan di atas sumber cahaya dan lihat - jika Anda melihat cahaya datang dari sumber melalui lubang, maka ini adalah lubang transisi, jika tidak maka akan buta.

Via buta berguna untuk digunakan dalam desain papan S, bila ukuran Anda terbatas dan memiliki terlalu sedikit ruang untuk menempatkan komponen dan merutekan kabel sinyal. Anda dapat menempatkan komponen elektronik di kedua sisi dan memaksimalkan ruang untuk kabel dan komponen lainnya. Jika transisi dilakukan melalui lubang tembus dan bukan melalui lubang buta, Anda memerlukannya ruang ekstra untuk lubang karena lubang memakan ruang di kedua sisi. Pada saat yang sama, lubang buta dapat ditempatkan di bawah badan chip - misalnya, untuk perkabelan besar dan rumit BGA komponen.

Gambar 8 menunjukkan tiga lubang yang merupakan bagian dari empat lapisan dicetak papan S. Jika kita melihat dari kiri ke kanan, hal pertama yang akan kita lihat adalah lubang tembus di semua lapisan. Lubang kedua dimulai dari lapisan atas dan berakhir di lapisan dalam kedua - melalui tirai L1-L2. Terakhir, lubang ketiga dimulai di lapisan bawah dan berakhir di lapisan ketiga, jadi kita katakan itu adalah tirai melalui L3-L4.

Kerugian utama dari lubang jenis ini adalah ukurannya yang lebih besar harga tinggi manufaktur dicetak papan S dengan lubang buta, dibandingkan dengan lubang tembus alternatif.

Via tersembunyi

Bahasa inggris Terkubur melalui - "tersembunyi", "terkubur", "terpasang". Vias ini mirip dengan vias buta, hanya saja vias ini dimulai dan diakhiri pada lapisan dalam. Jika kita melihat Gambar 9 dari kiri ke kanan, kita dapat melihat bahwa lubang pertama menembus semua lapisan. Yang kedua adalah blind melalui L1-L2, dan yang terakhir adalah tersembunyi melalui L2-L3, yang dimulai pada lapisan kedua dan berakhir pada lapisan ketiga.

Gambar 9. Perbandingan via via, lubang buta, dan lubang terkubur.

Teknologi manufaktur untuk via buta dan tersembunyi

Teknologi pembuatan lubang tersebut bisa berbeda-beda, tergantung pada desain yang telah ditetapkan oleh pengembang, dan tergantung pada kemampuannya pabrik sebuah-produsen. Kami akan membedakan dua tipe utama:

Lubang dibor pada benda kerja dua sisi DPP, dilapisi logam, digores, dan kemudian benda kerja ini, pada dasarnya menjadi dua lapisan dicetak papan A, ditekan melalui prepreg sebagai bagian dari preform multilayer dicetak papan S. Jika bagian kosong ini berada di atas “pai” MPP, maka kita mendapatkan lubang buta, jika di tengah, maka kita mendapatkan vias tersembunyi.

1. Sebuah lubang dibor pada benda kerja yang dikompresi MPP, kedalaman pengeboran dikontrol agar mengenai bantalan lapisan dalam secara akurat, dan kemudian terjadi metalisasi lubang. Dengan cara ini kita hanya mendapatkan lubang buta.

Dalam struktur yang kompleks MPP Kombinasi jenis lubang di atas dapat digunakan - Gambar 10.

Gambar 10. Contoh kombinasi tipikal tipe via.

Perhatikan bahwa penggunaan lubang buta terkadang dapat mengurangi biaya proyek secara keseluruhan, karena penghematan jumlah lapisan, kemampuan penelusuran yang lebih baik, dan pengurangan ukuran. dicetak papan S, serta kemampuan untuk mengaplikasikan komponen dengan nada yang lebih halus. Namun, dalam setiap kasus tertentu, keputusan mengenai penggunaannya harus dibuat secara individual dan wajar. Namun, seseorang tidak boleh menyalahgunakan kompleksitas dan variasi jenis lubang yang buta dan tersembunyi. Pengalaman menunjukkan bahwa ketika memilih antara menambahkan jenis lubang buta lain ke desain atau menambahkan sepasang lapisan lainnya, lebih baik menambahkan beberapa lapisan. Bagaimanapun, desainnya MPP harus dirancang dengan mempertimbangkan bagaimana tepatnya hal itu akan diterapkan dalam produksi.

Selesaikan lapisan pelindung logam

Mencapai sambungan solder yang benar dan andal pada peralatan elektronik bergantung pada banyak faktor desain dan proses, termasuk tingkat kemampuan solder yang tepat dari elemen yang disambungkan, seperti komponen dan dicetak konduktor. Untuk menjaga kemampuan solder dicetak papan sebelum instalasi A komponen elektronik, memastikan kerataan lapisan dan dapat diandalkan instalasi A sambungan solder, permukaan tembaga bantalan harus dilindungi dicetak papan S dari oksidasi, yang disebut lapisan pelindung logam akhir.

Saat melihat berbeda dicetak papan S, Anda dapat melihat bahwa bantalan kontak hampir tidak pernah memiliki warna tembaga, seringkali dan sebagian besar berwarna perak, emas mengkilap, atau abu-abu matte. Warna-warna ini menentukan jenis lapisan pelindung logam finishing.

Metode paling umum untuk melindungi permukaan yang disolder dicetak papan adalah pelapisan bantalan kontak tembaga dengan lapisan paduan timah-timah perak (POS-63) - HASL. Paling banyak diproduksi dicetak papan dilindungi dengan metode HASL. HASL pengalengan panas - proses pengalengan panas papan S, dengan merendam selama waktu terbatas dalam rendaman solder cair dan dengan pelepasan cepat dengan meniupkan aliran udara panas, menghilangkan kelebihan solder dan meratakan lapisan. Lapisan ini telah mendominasi selama beberapa tahun terakhir, meskipun terdapat keterbatasan teknis yang serius. Plat S, diproduksi dengan cara ini, meskipun mempertahankan kemampuan solder dengan baik selama seluruh periode penyimpanan, tidak cocok untuk beberapa aplikasi. Elemen yang sangat terintegrasi digunakan dalam SMT teknologi instalasi A, memerlukan planaritas (kerataan) yang ideal pada bantalan kontak dicetak papan. Pelapis HASL tradisional tidak memenuhi persyaratan planaritas.

Teknologi pelapisan yang memenuhi persyaratan planaritas diterapkan metode kimia pelapis:

Pelapisan emas perendaman (Electroless Nickel / Immersion Gold - ENIG), yaitu lapisan tipis emas yang diaplikasikan di atas sublapisan nikel. Fungsi emas adalah untuk memberikan kemampuan solder yang baik dan melindungi nikel dari oksidasi, dan nikel sendiri berfungsi sebagai penghalang yang mencegah difusi timbal balik antara emas dan tembaga. Lapisan ini memastikan kerataan bantalan kontak yang sangat baik tanpa kerusakan dicetak papan, memastikan kekuatan sambungan solder yang cukup yang dibuat dengan solder berbahan dasar timah. Kerugian utama mereka adalah tingginya biaya produksi.

Immersion Tin (ISn) – lapisan kimia abu-abu matte yang memberikan kerataan tinggi dicetak situs papan S dan kompatibel dengan semua metode penyolderan selain ENIG. Proses pengaplikasian timah imersi mirip dengan proses pengaplikasian emas imersi. Timah perendaman memberikan kemampuan solder yang baik setelah penyimpanan jangka panjang, yang dipastikan dengan diperkenalkannya sublapisan organologam sebagai penghalang antara tembaga pada bantalan kontak dan timah itu sendiri. Namun, papan S, dilapisi dengan timah imersi, memerlukan penanganan yang hati-hati dan harus disimpan di dalamnya kemasan vakum di lemari penyimpanan kering dan papan S dengan lapisan ini tidak cocok untuk produksi keyboard/panel sentuh.

Saat mengoperasikan komputer dan perangkat dengan konektor blade, kontak konektor blade dapat mengalami gesekan selama pengoperasian. papan S Oleh karena itu, kontak ujung dilapisi dengan lapisan emas yang lebih tebal dan kaku. Penyepuhan galvanis pada konektor pisau (Jari Emas) - lapisan keluarga Ni/Au, ketebalan lapisan: 5 -6 Ni; 1,5 – 3 m Au. Pelapisan diterapkan melalui deposisi elektrokimia (pelapisan listrik) dan digunakan terutama pada kontak ujung dan lamela. tebal, pelapisan emas memiliki kekuatan mekanik yang tinggi, ketahanan terhadap abrasi dan pengaruh lingkungan yang merugikan. Sangat diperlukan jika penting untuk memastikan kontak listrik yang andal dan tahan lama.

Kualitas bahan yang dipasok mematuhi standar IPC4101B, dan sistem manajemen mutu pabrikan dikonfirmasi oleh sertifikat internasional ISO 9001:2000.

Perancis4 – laminasi fiberglass dengan kelas tahan api 94V-0 adalah bahan yang paling umum untuk produksi papan sirkuit cetak. Perusahaan kami memasok jenis bahan berikut untuk produksi papan sirkuit cetak satu dan dua sisi:

• Fiberglass laminasi FR4 dengan suhu transisi kaca 135ºС, 140ºС dan 170ºС untuk produksi papan sirkuit cetak satu sisi dan dua sisi. Ketebalan 0,5 - 3,0 mm dengan foil 12, 18, 35, 70, 105 mikron.
• FR4 dasar untuk lapisan internal MPP dengan suhu transisi kaca 135ºС, 140ºС dan 170ºС
• Prepreg FR4 dengan suhu transisi gelas 135ºС, 140ºС dan 170ºС untuk pengepresan MPP
• Bahan XPC, FR1, FR2, CEM-1, CEM-3, HA-50
• Bahan untuk papan dengan pembuangan panas terkontrol:
  • (aluminium, tembaga, baja tahan karat) dengan dielektrik dengan konduktivitas termal dari 1 W/m*K hingga 3 W/m*K yang diproduksi oleh Totking dan Zhejiang Huazheng New Material Co.
  • Bahan HA-30 CEM-3 dengan konduktivitas termal 1 W/m*K untuk produksi papan sirkuit cetak satu dan dua sisi.

Untuk beberapa tujuan, diperlukan dielektrik non-foil berkualitas tinggi yang memiliki semua keunggulan FR4 (sifat dielektrik yang baik, stabilitas karakteristik dan dimensi, ketahanan tinggi terhadap kondisi iklim buruk). Untuk aplikasi ini kami dapat menawarkan laminasi fiberglass FR4 non-foil.

Dalam banyak kasus di mana papan sirkuit tercetak yang cukup sederhana diperlukan (dalam produksi peralatan rumah tangga, berbagai sensor, beberapa komponen untuk mobil, dll.), sifat-sifat fiberglass yang sangat baik menjadi mubazir, dan indikator kemampuan manufaktur serta biaya menjadi prioritas. Di sini kami dapat menawarkan bahan-bahan berikut:

• XPC, FR1, FR2 - foil getinaks (alas yang terbuat dari kertas selulosa yang diresapi dengan resin fenolik), banyak digunakan dalam pembuatan papan sirkuit cetak untuk elektronik konsumen, peralatan audio dan video, dalam industri otomotif (diurutkan dalam urutan properti, dan, karenanya, harga). Stempel yang luar biasa.
• CEM-1 merupakan laminasi berbahan dasar komposisi kertas selulosa dan fiberglass dengan resin epoksi. Perangko dengan indah.

Beraneka ragam kami juga mencakup foil tembaga yang diendapkan secara elektro untuk menekan MPP yang diproduksi oleh Kingboard. Foil dipasok dalam gulungan dengan berbagai lebar, ketebalan foil 12, 18, 35, 70, 105 mikron, ketebalan foil 18 dan 35 mikron hampir selalu tersedia dari gudang kami di Rusia.

Semua bahan diproduksi sesuai dengan arahan RoHS, kandungan zat berbahaya dikonfirmasi oleh sertifikat yang relevan dan laporan pengujian RoHS. Juga, semua bahan, banyak barang memiliki sertifikat, dll.

Papan sirkuit tercetak (dalam bahasa Inggris PCB - papan sirkuit tercetak)- pelat yang terbuat dari dielektrik di mana setidaknya satu rangkaian penghantar listrik (rangkaian elektronik) dibentuk (biasanya dengan pencetakan). Papan sirkuit tercetak dirancang untuk sambungan listrik dan mekanis berbagai komponen elektronik atau sambungan komponen elektronik individual. Komponen elektronik pada papan sirkuit tercetak dihubungkan pada pinnya ke elemen pola konduktif, biasanya dengan menyolder, atau membungkus, atau memukau, atau menekan, sehingga modul elektronik (atau papan sirkuit tercetak rakitan) dirakit.

Jenis papan

Tergantung pada jumlah lapisan dengan pola konduktif listrik, papan sirkuit tercetak dibagi menjadi satu sisi, dua sisi, dan multilayer.
Berbeda dengan Pendakian gunung, pada papan sirkuit tercetak, pola konduktif listrik dibuat dari foil menggunakan metode aditif atau subtraktif. Dalam metode aditif, pola konduktif dibentuk pada bahan non-foil, biasanya dengan pelapisan tembaga kimia melalui masker pelindung yang sebelumnya diaplikasikan pada bahan tersebut. Dalam metode subtraktif, pola konduktif dibentuk pada bahan foil dengan menghilangkan bagian foil yang tidak perlu, biasanya menggunakan etsa kimia.

Papan sirkuit tercetak biasanya berisi lubang dan bantalan pemasangan, yang juga dapat dilapisi dengan lapisan pelindung: paduan timah-timah, timah, emas, perak, lapisan pelindung organik. Selain itu, papan sirkuit tercetak memiliki vias untuk sambungan listrik lapisan papan, lapisan insulasi eksternal (“masker pelindung”) yang menutupi permukaan papan yang tidak digunakan untuk bersentuhan dengan lapisan insulasi, penandaan biasanya diterapkan menggunakan sablon sutra. , lebih jarang dengan inkjet atau laser.

Jenis papan sirkuit tercetak

Berdasarkan jumlah lapisan bahan konduktif:
-Satu sisi
-Dua sisi
-Berlapis-lapis (MPP)

Dalam hal fleksibilitas:
-Keras
-Fleksibel

Menurut teknologi instalasi:
-Untuk pemasangan lubang
-Permukaan gunung

Setiap jenis papan sirkuit tercetak mungkin memiliki karakteristiknya sendiri karena persyaratan untuk kondisi pengoperasian khusus (misalnya, rentang suhu yang diperpanjang) atau fitur aplikasi (misalnya, pada perangkat yang beroperasi pada frekuensi tinggi).

Bahan

Dasar dari papan sirkuit cetak adalah dielektrik, bahan yang paling umum digunakan adalah textolite, fiberglass, dan getinax.
Selain itu, dasar papan sirkuit tercetak dapat berupa dasar logam yang dilapisi dengan dielektrik (misalnya, aluminium anodisasi); lapisan tembaga pada trek diaplikasikan di atas dielektrik. Papan sirkuit tercetak tersebut digunakan dalam elektronika daya untuk menghilangkan panas secara efisien dari komponen elektronik. Dalam hal ini, dasar logam papan dipasang ke radiator.
Bahan yang digunakan untuk papan sirkuit cetak yang beroperasi dalam kisaran gelombang mikro dan pada suhu hingga 260 °C adalah fluoroplastik yang diperkuat dengan kain kaca (misalnya, FAF-4D) dan keramik. Papan fleksibel terbuat dari bahan polimida seperti Kapton.

FR-4

Kelompok bahan dengan nama umum FR-4 menurut klasifikasi NEMA (National Electrical Produsen Association, USA). Bahan-bahan ini adalah yang paling umum untuk produksi DPP, MPP dan OPP dengan peningkatan persyaratan kekuatan mekanik. FR-4 merupakan material berbahan dasar fiberglass dengan resin epoxy sebagai bahan pengikatnya (fiberglass). Biasanya kusam kekuningan atau transparan, familiar warna hijau itu diberikan melalui masker solder yang diaplikasikan pada permukaan papan sirkuit tercetak. Kelas mudah terbakar UL94-V0.
Tergantung pada sifat dan penerapan FR-4
-standar, dengan suhu transisi kaca Tg ~130°C, dengan atau tanpa pemblokiran UV. Tipe yang paling umum dan banyak digunakan, juga merupakan tipe FR-4 yang paling murah;

Dengan suhu transisi gelas yang tinggi, Tg ~170°C-180°C;
-bebas halogen;
-dengan indeks pelacakan standar, CTI ≥400, ≥600;
- frekuensi tinggi, dengan konstanta dielektrik rendah ε ≤3,9 dan tangen rugi-rugi dielektrik kecil df ≤0,02.

CEM-3

Kelompok material CEM-3 menurut klasifikasi NEMA. Biasanya material komposit fiberglass-epoksi putih susu atau transparan. Terdiri dari dua lapisan luar fiberglass, di antaranya ditempatkan serat kaca non-anyaman (fiberglass felt). Banyak digunakan dalam produksi papan serat metalisasi. Sifatnya sangat mirip dengan FR-4 dan berbeda, pada umumnya, hanya pada kekuatan mekanik yang lebih rendah. Ini adalah alternatif berbiaya rendah yang sangat baik untuk FR-4 untuk sebagian besar aplikasi. Pemrosesan mekanis yang sangat baik (penggilingan, stamping). Kelas mudah terbakar UL94-V0.
Tergantung pada properti dan ruang lingkup aplikasinya, CEM-3 dibagi menjadi beberapa subkelas berikut:
-standar, dengan atau tanpa pemblokiran UV;

CEM-1

Kelas material CEM-1 menurut klasifikasi NEMA. Ini bahan komposit diproduksi di berbasis kertas dengan dua lapisan fiberglass di bagian luar. Biasanya berwarna putih susu, kuning susu atau coklat kecoklatan. Tidak kompatibel dengan proses metalisasi lubang, sehingga hanya digunakan untuk produksi OPP. Sifat dielektrik mendekati FR-4, sifat mekanik sedikit lebih buruk. CEM-1 adalah alternatif yang baik untuk FR-4 dalam produksi PCB satu sisi di mana biaya merupakan faktor penentu. Pemrosesan mekanis yang sangat baik (penggilingan, stamping). Kelas mudah terbakar UL94-V0.
Dibagi menjadi subkelas berikut:
-standar;
-suhu tinggi, kompatibel dengan teknologi timah dan penyolderan bebas timah;
-bebas halogen, tanpa fosfor dan antimon;
-dengan indeks pelacakan standar, CTI ≥600
-tahan lembab, dengan peningkatan stabilitas dimensi

FR-1/FR-2

Kelas material FR-1 dan FR-2 menurut klasifikasi NEMA. Bahan-bahan ini dibuat berdasarkan kertas fenolik dan hanya digunakan untuk produksi OPP. FR-1 dan FR-2 memiliki karakteristik yang hampir sama, FR-2 berbeda dengan FR-1 hanya pada penggunaan resin fenolik yang dimodifikasi dengan suhu transisi gelas yang lebih tinggi sebagai bahan pengikat. Karena karakteristik dan penerapan FR-1 dan FR-2 yang serupa, sebagian besar produsen material hanya memproduksi salah satu dari material ini, biasanya FR-2. Pemrosesan mekanis yang sangat baik (penggilingan, stamping). Murah. Kelas mudah terbakar UL94-V0 atau V1.
Dibagi menjadi subkelas berikut:
-standar;
-bebas halogen, tanpa fosfor dan antimon, tidak beracun;
-tahan lembab

PCB Selesai

Untuk menjaga kemampuan solder papan sirkuit tercetak setelah penyimpanan, memastikan pemasangan komponen elektronik yang andal, dan menjaga sifat sambungan yang disolder atau dilas selama pengoperasian, permukaan tembaga pada bantalan kontak papan sirkuit tercetak perlu dilindungi dengan permukaan yang dapat disolder. pelapisan, yang disebut pelapis akhir. Kami menawarkan kepada Anda berbagai macam pelapis akhir, yang memungkinkan Anda memilih satu atau bahkan beberapa pelapis secara optimal secara bersamaan dalam produksi papan sirkuit cetak Anda.

HAL atau HASL (dari Bahasa Inggris Hot Air Leveling atau Hot Air Solder Leveling - perataan udara panas) menggunakan solder berbahan dasar paduan timah-timah (Sn/Pb), misalnya OS61, OS63, dan perataan dengan pisau udara. Ini diterapkan pada tahap akhir pembuatan ke papan sirkuit cetak yang sudah terbentuk dengan masker solder diterapkan dengan mencelupkannya ke dalam wadah leleh dan kemudian meratakan dan menghilangkan kelebihan solder menggunakan pisau udara. Lapisan ini, yang paling umum saat ini, adalah klasik, paling terkenal dan telah digunakan sejak lama. Memberikan kemampuan solder yang sangat baik pada papan sirkuit tercetak bahkan setelah penyimpanan jangka panjang. Lapisan HAL berteknologi maju dan murah. Kompatibel dengan semua metode pemasangan dan penyolderan yang diketahui - manual, penyolderan gelombang, reflow dalam oven, dll. Kerugian dari jenis pelapis akhir ini termasuk adanya memimpin - salah satu yang paling banyak logam beracun, dilarang untuk digunakan di Uni Eropa berdasarkan arahan RoHS (Petunjuk Pembatasan Zat Berbahaya), dan juga bahwa lapisan HAL tidak memenuhi kondisi kerataan bantalan kontak untuk memasang sirkuit mikro dengan tingkat integrasi yang sangat tinggi. Lapisan ini tidak cocok untuk teknologi pengikatan kristal ke papan (COB - Chip on board) dan aplikasi ke kontak ujung (lamela).

HAL bebas timah - Opsi pelapisan HAL, tetapi menggunakan solder bebas timah, misalnya Sn100, Sn96.5/Ag3/Cu0.5, SnCuNi, SnAgNi. Lapisan ini sepenuhnya memenuhi persyaratan RoHS dan memiliki keamanan dan kemampuan solder yang sangat baik. Lapisan atas ini diterapkan suhu tinggi daripada HAL berdasarkan PIC, yang memberlakukan peningkatan persyaratan bahan dasar papan sirkuit tercetak dan komponen elektronik berdasarkan suhu. Lapisan ini kompatibel dengan semua metode pemasangan dan penyolderan, baik menggunakan solder bebas timah (yang paling direkomendasikan) maupun menggunakan solder timah-timah, namun memerlukan perhatian yang cermat terhadap kondisi suhu jatah. Dibandingkan dengan HAL berbasis Sn/Pb, lapisan ini lebih mahal karena tingginya biaya solder bebas timbal dan juga karena intensitas energi yang lebih tinggi.

Masalah utama dengan lapisan HAL , adalah ketidakrataan yang signifikan pada ketebalan lapisan. Masalahnya sangat akut untuk komponen dengan pin pitch kecil, seperti QFP dengan pitch 0,5 mm atau kurang, BGA dengan pitch 0,8 mm atau kurang. Ketebalan lapisan dapat bervariasi dari 0,5 mikron hingga 40 mikron, tergantung pada dimensi geometris bantalan kontak dan dampak pisau udara yang tidak merata. Selain itu, akibat kejutan termal saat menerapkan HASL, papan sirkuit tercetak dapat melengkung dalam bentuk defleksi/torsi. Hal ini terutama berlaku untuk papan dengan ketebalan<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.

Emas perendaman (ENIG - Electroless Nickel/Immersion Gold) - pelapis dari keluarga Ni/Au. Ketebalan lapisan: Ni 3-7 mikron, Au 0,05-0,1 mikron. Diterapkan secara kimia melalui jendela dalam masker solder. Lapisan bebas timah yang tersedia secara luas yang memberikan bantalan datar, kemampuan solder yang baik, konduktivitas permukaan bantalan yang tinggi, dan umur simpan yang lama. Ideal untuk komponen nada halus dan pengujian dalam sirkuit. Lapisan ini sepenuhnya memenuhi persyaratan RoHS. Kompatibel dengan semua metode pemasangan dan penyolderan. Lebih mahal dibandingkan HASL.

Ada banyak produsen bahan kimia untuk mengaplikasikan emas imersi, dan teknologi penerapannya bervariasi dari satu produsen bahan kimia ke produsen bahan kimia lainnya. Hasil akhirnya juga tergantung pada pilihan bahan kimia dan proses pengaplikasiannya. Beberapa bahan kimia mungkin tidak kompatibel dengan jenis masker solder tertentu. Jenis pelapis ini rentan terhadap pembentukan dua jenis cacat kritis - “bantalan hitam” (bantalan hitam, permukaan bantalan tidak dibasahi dengan solder) dan retak di bawah beban mekanis atau termal (retakan terjadi antara nikel dan lapisan tembaga, sepanjang lapisan intermetalik). Selain itu, saat mengaplikasikan pelapisan, jumlah emas harus dikontrol untuk mencegah kerapuhan sambungan solder. Kepatuhan yang tepat terhadap teknologi penerapan emas imersi dan penggantian larutan yang tepat waktu menjamin kualitas lapisan dan tidak adanya cacat pada bantalan hitam. Untuk mencegah retak akibat beban mekanis, disarankan untuk menambah ketebalan papan sirkuit tercetak menjadi 2,0 mm atau lebih bila menggunakan paket BGA yang lebih besar dari 25x25 mm atau bila ukuran papan lebih dari 250 mm. Meningkatkan ketebalan papan mengurangi tekanan mekanis pada komponen saat papan tertekuk.

Jari Emas - lapisan keluarga Ni/Au. Ketebalan lapisan: Ni 3-5 mikron, Au 0,5-1,5 mikron. Diterapkan dengan pengendapan elektrokimia (electroplating). Digunakan untuk aplikasi untuk mengakhiri kontak dan lamela. Ia memiliki kekuatan mekanik yang tinggi, ketahanan terhadap abrasi dan pengaruh lingkungan yang merugikan. Sangat diperlukan jika penting untuk memastikan kontak listrik yang andal dan tahan lama.

kaleng pencelupan - lapisan kimia yang memenuhi persyaratan RoHS dan memastikan kerataan tinggi pada papan sirkuit cetak. Lapisan teknologi kompatibel dengan semua metode penyolderan. Berlawanan dengan kesalahpahaman populer berdasarkan pengalaman menggunakan jenis pelapis yang sudah ketinggalan zaman, timah imersi memberikan kemampuan solder yang baik setelah periode penyimpanan yang cukup lama - jaminan umur simpan 6 bulan. (kemampuan solder lapisan bertahan hingga satu tahun atau lebih jika disimpan dengan benar). Pemeliharaan kemampuan solder yang baik dalam jangka waktu yang lama dipastikan dengan diperkenalkannya sublapisan organologam sebagai penghalang antara tembaga pada bantalan kontak dan timah itu sendiri. Sublapisan penghalang mencegah difusi timbal balik antara tembaga dan timah, pembentukan senyawa intermetalik dan rekristalisasi timah. Lapisan akhir dengan timah celup dengan sublapisan organologam, dengan ketebalan sekitar 1 mikron, memiliki permukaan yang halus dan rata, mempertahankan kemampuan solder dan kemungkinan penyolderan ulang beberapa kali bahkan setelah jangka waktu penyimpanan yang cukup lama.

OSP (dari Pengawet Kemampuan Solder Organik Bahasa Inggris) - sekelompok pelapis akhir organik yang diaplikasikan langsung pada bantalan tembaga dan memberikan perlindungan permukaan tembaga dari oksidasi selama penyimpanan dan penyolderan. Ketika nada komponen menurun, minat terhadap pelapis yang memberikan kerataan yang diperlukan, dan khususnya OSP, terus meningkat. Baru-baru ini, pelapisan OSP telah berkembang pesat, berbagai jenis pelapis telah muncul yang menyediakan penyolderan multi-lintasan tanpa oksidasi tembaga, bahkan dengan interval waktu yang cukup lama antar lintasan (hari). Perbedaan dibuat antara lapisan tipis, sekitar 0,01 mikron, dan lapisan yang relatif tebal, 0,2 - 0,5 mikron atau lebih. Untuk memastikan penyolderan dua atau multi-pass, pilihlah lapisan yang tebal. OSP menyediakan bantalan permukaan datar, bebas timbal dan sesuai RoHS dan, bila disimpan dan ditangani dengan benar, menyediakan sambungan solder yang sangat andal. Lapisan OSP tipis lebih murah dibandingkan HAL. Tebal - hampir sama dengan HAL.

Namun, OSP tidak memastikan bahwa ujung bantalan tembaga ditutupi dengan solder selama proses reflow. Aliran solder di atas permukaan lebih buruk dibandingkan dengan lapisan HASL. Oleh karena itu, saat mengoleskan pasta, lubang pada stensil harus dibuat berukuran sama dengan bantalan kontak. Jika tidak, tidak seluruh permukaan bantalan akan tertutup solder (walaupun cacat ini hanya bersifat kosmetik, keandalan sambungan tetap sangat baik). Permukaan tembaga yang tidak dilapisi solder akan teroksidasi seiring waktu, yang dapat berdampak buruk pada perbaikan. Ada juga masalah membasahi lubang logam selama penyolderan gelombang. Fluks dalam jumlah yang cukup besar harus diterapkan sebelum menyolder, fluks harus masuk ke dalam lubang sehingga solder membasahi lubang dari dalam dan membentuk fillet di bagian belakang papan. Kerugian dari lapisan ini juga meliputi: waktu penyimpanan yang singkat sebelum digunakan, ketidakcocokan dengan pelarut terpene, keterbatasan kemampuan pengujian untuk pengujian dalam sirkuit dan fungsional (yang sebagian diselesaikan dengan mengoleskan pasta solder ke titik pengujian). Jika Anda telah memilih OSP, kami merekomendasikan penggunaan pelapis ENTEK dari Enthone (ENTEK PLUS, ENTEK PLUS HT), karena pelapis tersebut memberikan kombinasi terbaik antara keterbasahan, keandalan koneksi, dan multi-pass.

Perkembangan

Mari kita lihat proses pengembangan umum untuk papan 1-2 lapis.
-Penentuan dimensi (tidak penting untuk papan tempat memotong roti).
-Pilihan ketebalan bahan papan dari berbagai standar:
-Bahan yang paling umum digunakan memiliki ketebalan 1,55 mm.
-Menggambar dimensi (tepi) papan dalam program CAD di lapisan BOARD.
-Lokasi komponen radio besar: konektor, dll. Biasanya terjadi di lapisan atas (TOP):
-Diasumsikan bahwa gambar setiap komponen, lokasi dan jumlah pin, dll. telah ditentukan (atau perpustakaan komponen yang sudah jadi digunakan).
“Menyebarkan” komponen yang tersisa ke seluruh lapisan atas, atau, lebih jarang, ke kedua lapisan untuk papan 2 sisi.
-Mulai pelacak. Jika hasilnya kurang memuaskan, komponen-komponen tersebut direposisi. Kedua langkah ini seringkali dilakukan puluhan atau ratusan kali berturut-turut.
Dalam beberapa kasus, penelusuran papan sirkuit tercetak (gambar trek) dilakukan secara manual seluruhnya atau sebagian.
-Memeriksa papan untuk kesalahan (DRC, Pemeriksaan Aturan Desain): memeriksa celah, korsleting, komponen yang tumpang tindih, dll.
-Ekspor file ke format yang diterima oleh produsen PCB, seperti Gerber.

Manufaktur

Pembuatan papan sirkuit cetak biasanya mengacu pada pengolahan suatu benda kerja (bahan foil). Proses umumnya terdiri dari beberapa tahap: pengeboran vias, memperoleh pola konduktor dengan menghilangkan kelebihan kertas tembaga, melapisi lubang, menerapkan lapisan pelindung dan pelapisan, dan menerapkan penandaan.

Mendapatkan pola kawat

Dalam pembuatan papan sirkuit, metode kimia, elektrolitik, atau mekanis digunakan untuk mereproduksi pola konduktif yang diperlukan, serta kombinasinya.

Metode kimia

Metode kimia untuk pembuatan papan sirkuit cetak dari bahan foil jadi terdiri dari dua tahap utama: penerapan lapisan pelindung pada foil dan mengetsa area yang tidak terlindungi menggunakan metode kimia.

Dalam industri, lapisan pelindung diaplikasikan secara fotokimia menggunakan photoresist sensitif ultraviolet, photomask, dan sumber cahaya ultraviolet. Photoresist bisa berupa cairan atau film. Fotoresist cair diterapkan dalam kondisi industri karena sensitif terhadap ketidakpatuhan terhadap teknologi aplikasi. Film photoresist populer untuk papan sirkuit buatan tangan. Photomask adalah bahan transparan UV dengan pola lintasan tercetak di atasnya. Setelah paparan, photoresist dikembangkan dan disembuhkan seperti dalam proses fotografi konvensional.

Lapisan pelindung berupa pernis atau cat dapat diaplikasikan dengan cara sablon atau secara manual. Untuk membentuk topeng etsa pada kertas timah, amatir radio menggunakan transfer toner dari gambar yang dicetak pada printer laser (“teknologi besi laser”).

Foil yang tidak terlindungi kemudian digores dalam larutan besi klorida atau (lebih jarang) bahan kimia lain seperti tembaga sulfat. Setelah etsa, pola pelindung dibersihkan dari kertas timah.

Metode mekanis

Metode pembuatan mekanis melibatkan penggunaan mesin penggilingan dan pengukiran atau alat lain untuk menghilangkan lapisan foil secara mekanis dari area tertentu.
-Metalisasi lubang
-Lapisan

Kemungkinan pelapisan meliputi:
-Lapisan pernis pelindung (“masker solder”).
-Pelapis timah.
-Pelapisan foil dengan logam inert (pelapisan emas, palladisasi) dan pernis konduktif untuk meningkatkan sifat kontak.
-Penutup dekoratif dan informasi (pelabelan).

PCB multilapis

Papan sirkuit cetak multilayer (disingkat MPP[sumber?], papan sirkuit cetak multilayer bahasa Inggris) digunakan dalam kasus di mana pengkabelan sambungan pada papan dua sisi menjadi terlalu rumit. Ketika kompleksitas perangkat yang dirancang dan kepadatan pemasangan meningkat, jumlah lapisan pada papan meningkat.

Pada papan multilayer, lapisan luar (dan juga vias) digunakan untuk memasang komponen, dan lapisan dalam berisi interkoneksi atau rencana daya padat (poligon). Via logam digunakan untuk menghubungkan konduktor antar lapisan. Dalam pembuatan papan sirkuit cetak multilayer, lapisan dalam dibuat terlebih dahulu, yang kemudian direkatkan melalui bantalan perekat khusus (prepreg). Selanjutnya, pengepresan, pengeboran dan metalisasi lubang tembus dilakukan.

Desain PCB Multilapis

Mari kita pertimbangkan desain khas papan multilayer (Gbr. 1). Pada varian pertama, yang paling umum, lapisan dalam papan dibentuk dari fiberglass berlapis tembaga dua sisi, yang disebut "inti". Lapisan luar terbuat dari foil tembaga, ditekan dengan lapisan dalam menggunakan bahan pengikat - bahan resin yang disebut "prepreg". Setelah ditekan pada suhu tinggi, "kue" dari papan sirkuit cetak multilayer terbentuk, di mana lubang kemudian dibor dan diberi logam. Pilihan kedua kurang umum, ketika lapisan luar dibentuk dari “inti” yang disatukan dengan prepreg. Ini adalah deskripsi yang disederhanakan; ada banyak desain lain berdasarkan opsi ini. Namun prinsip dasarnya adalah prepreg berperan sebagai bahan pengikat antar lapisan. Jelasnya, tidak mungkin ada situasi di mana dua "inti" dua sisi berdekatan tanpa penjarak prepreg, tetapi struktur foil-prepreg-foil-prepreg... dll. dimungkinkan, dan sering digunakan pada papan dengan kombinasi kompleks dari lubang buta dan tersembunyi.

Lubang buta dan tersembunyi

Syarat " lubang buta berarti transisi yang menghubungkan lapisan luar dengan lapisan dalam terdekat dan tidak memiliki akses ke lapisan luar kedua. Berasal dari kata bahasa Inggris blind, dan mirip dengan istilah "blind hole". Tersembunyi, atau terkubur (dari bahasa Inggris terkubur), lubang dibuat di lapisan dalam dan tidak ada jalan keluar ke luar. Pilihan paling sederhana untuk lubang buta dan lubang tersembunyi ditunjukkan pada Gambar. 2. Penggunaannya dibenarkan dalam kasus perkabelan yang sangat padat atau untuk papan yang sangat jenuh dengan komponen planar di kedua sisi. Kehadiran lubang-lubang ini meningkatkan biaya papan dari satu setengah hingga beberapa kali lipat, tetapi dalam banyak kasus, terutama ketika merutekan sirkuit mikro dalam paket BGA dengan nada kecil, Anda tidak dapat melakukannya tanpa lubang-lubang ini. Ada berbagai cara untuk membentuk vias tersebut, hal ini dibahas lebih rinci di bagian Papan dengan lubang buta dan tersembunyi, namun untuk saat ini mari kita lihat lebih dekat bahan dari mana papan multilayer dibuat.

Dielektrik dasar untuk papan sirkuit tercetak
Jenis dan parameter utama bahan yang digunakan untuk pembuatan MPP diberikan pada Tabel 1. Desain khas papan sirkuit cetak didasarkan pada penggunaan laminasi fiberglass standar tipe FR4, dengan suhu pengoperasian biasanya dari –50 hingga +110 ° C, suhu transisi (penghancuran) gelas Tg sekitar 135 °C. Konstanta dielektriknya Dk bisa berkisar antara 3,8 hingga 4,5, tergantung pada pemasok dan jenis bahan. Untuk meningkatkan persyaratan ketahanan panas atau saat memasang papan dalam oven menggunakan teknologi bebas timah (t hingga 260 °C), digunakan FR4 High Tg atau FR5 suhu tinggi. Ketika persyaratan untuk pengoperasian konstan pada suhu tinggi atau perubahan suhu mendadak diperlukan, polimida digunakan. Selain itu, polimida digunakan untuk pembuatan papan sirkuit dengan keandalan tinggi, untuk aplikasi militer, dan juga dalam kasus di mana diperlukan peningkatan kekuatan listrik. Untuk papan dengan sirkuit gelombang mikro (lebih dari 2 GHz), digunakan lapisan bahan gelombang mikro terpisah, atau seluruh papan terbuat dari bahan gelombang mikro (Gbr. 3). Pemasok bahan khusus yang paling terkenal adalah Rogers, Arlon, Taconic, dan Dupont. Biaya bahan-bahan ini lebih tinggi dari FR4 dan secara kasar ditunjukkan pada kolom terakhir Tabel 1 dibandingkan dengan biaya FR4. Contoh papan dengan berbagai jenis dielektrik ditunjukkan pada Gambar. 4, 5.

Ketebalan bahan
Mengetahui ketebalan material yang tersedia penting bagi seorang insinyur tidak hanya untuk menentukan ketebalan keseluruhan papan. Saat merancang MPP, pengembang dihadapkan pada tugas-tugas berikut:
- perhitungan hambatan gelombang konduktor di papan;
- perhitungan nilai isolasi tegangan tinggi interlayer;
- pemilihan struktur lubang buta dan tersembunyi.
Pilihan yang tersedia dan ketebalan berbagai bahan ditunjukkan pada tabel 2–6. Perlu diperhatikan bahwa toleransi ketebalan bahan biasanya mencapai ±10%, oleh karena itu toleransi ketebalan papan multilapis jadi tidak boleh kurang dari ±10%.

Tabel 2. “Inti” FR4 dua sisi untuk lapisan dalam papan sirkuit tercetak Ketebalan dielektrik dan ketebalan tembaga 5 µm 17 µm 35 µm 70 µm 105 µm
0,050 mm b/b
0,075 mm m z z
0,100 mm b/b
0,150 mm
0,200 mm m z z
0,250 mm
0,300mm
0,350 mm m z z
0,400 mm b/b
0,450 mm
0,710 mm m z z
0,930 mm mz
1.000 mm w
Lebih dari 1 mm

Biasanya dalam stok;
h - Berdasarkan permintaan (tidak selalu tersedia)
m - Dapat diproduksi;
Catatan: untuk memastikan keandalan papan jadi, penting untuk diketahui bahwa untuk lapisan internal asing kami lebih suka menggunakan inti dengan foil 35 mikron daripada 18 mikron (bahkan dengan konduktor dan lebar celah 0,1 mm). Hal ini meningkatkan keandalan papan sirkuit cetak.
Konstanta dielektrik inti FR4 dapat berkisar antara 3,8 hingga 4,4 tergantung mereknya.

Pelapis bantalan PCB

Mari kita lihat jenis pelapis apa yang ada untuk bantalan tembaga. Paling sering, situs dilapisi dengan paduan timah-timah, atau PIC. Cara mengaplikasikan dan meratakan permukaan solder disebut HAL atau HASL (dari bahasa Inggris Hot Air Solder Leveling - meratakan solder dengan udara panas). Lapisan ini memberikan kemampuan solder terbaik pada bantalan. Namun, pelapis tersebut digantikan oleh pelapis yang lebih modern, biasanya sesuai dengan persyaratan arahan RoHS internasional. Arahan ini mensyaratkan pelarangan adanya zat berbahaya, termasuk timbal, dalam produk. Selama ini RoHS memang belum berlaku di wilayah negara kita, namun ada baiknya kita mengingat keberadaannya. Masalah yang terkait dengan RoHS akan dijelaskan di salah satu bagian selanjutnya, namun untuk saat ini mari kita lihat opsi yang memungkinkan untuk mencakup situs MPP. HASL digunakan di mana saja kecuali diperlukan lain. Pelapisan emas perendaman (kimia) digunakan untuk memberikan permukaan papan yang lebih halus (ini sangat penting untuk bantalan BGA), tetapi memiliki kemampuan solder yang sedikit lebih rendah. Penyolderan oven dilakukan menggunakan teknologi yang kira-kira sama dengan HASL, tetapi penyolderan tangan memerlukan penggunaan fluks khusus. Lapisan organik, atau OSP, melindungi permukaan tembaga dari oksidasi. Kerugiannya adalah umur simpan yang pendek (kurang dari 6 bulan). Timah perendaman memberikan permukaan yang halus dan kemampuan solder yang baik, meskipun umur soldernya juga terbatas. HAL bebas timbal memiliki sifat yang sama dengan HAL yang mengandung timbal, namun komposisi soldernya kira-kira 99,8% timah dan 0,2% aditif. Kontak konektor bilah, yang mengalami gesekan selama pengoperasian papan, dilapisi dengan lapisan emas yang lebih tebal dan kaku. Untuk kedua jenis penyepuhan, lapisan bawah nikel digunakan untuk mencegah difusi emas.

Pelindung dan jenis pelapis papan sirkuit cetak lainnya
Untuk melengkapi gambarannya, mari kita pertimbangkan tujuan fungsional dan bahan pelapis papan sirkuit cetak.
- Masker solder - diaplikasikan pada permukaan papan untuk melindungi konduktor dari korsleting dan kotoran yang tidak disengaja, serta untuk melindungi laminasi fiberglass dari guncangan termal selama penyolderan. Masker tidak membawa beban fungsional lainnya dan tidak dapat berfungsi sebagai perlindungan terhadap kelembapan, jamur, kerusakan, dll. (kecuali jika jenis masker khusus digunakan).
- Penandaan - diterapkan pada papan dengan cat di atas topeng untuk menyederhanakan identifikasi papan itu sendiri dan komponen yang terletak di atasnya.
- Masker yang dapat dikupas - diterapkan pada area tertentu pada papan yang perlu dilindungi sementara, misalnya, dari penyolderan. Mudah untuk dihilangkan di kemudian hari, karena merupakan senyawa seperti karet dan mudah terkelupas.
- Lapisan kontak karbon - diterapkan pada area tertentu pada papan sebagai bidang kontak untuk keyboard. Lapisan ini memiliki konduktivitas yang baik, tidak teroksidasi dan tahan aus.
- Elemen resistif grafit - dapat diaplikasikan pada permukaan papan untuk menjalankan fungsi resistor. Sayangnya, keakuratan denominasinya rendah - tidak lebih akurat dari ±20% (dengan penyesuaian laser - hingga 5%).
- Jumper kontak perak - dapat diterapkan sebagai konduktor tambahan, menciptakan lapisan konduktif lain ketika tidak ada cukup ruang untuk perutean. Terutama digunakan untuk papan sirkuit cetak satu lapis dan dua sisi.

Kesimpulan
Pilihan bahannya banyak, namun sayangnya, seringkali ketika memproduksi papan sirkuit cetak seri kecil dan menengah, batu sandungannya adalah ketersediaan bahan yang diperlukan di gudang pabrik yang memproduksi MPP. Oleh karena itu, sebelum merancang MPP, terutama jika kita berbicara tentang membuat desain non-standar dan menggunakan bahan non-standar, perlu disepakati dengan produsen mengenai bahan dan ketebalan lapisan yang digunakan dalam MPP, dan mungkin memesan bahan-bahan tersebut. di muka.