ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА С ВНУТРЕННИМ МОНТАЖОМ ЭЛЕМЕНТОВ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
PRINTED CIRCUIT BOARD WITH INTERNAL MOUNTING OF ELEMENTS AND METHOD OF ITS MANUFACTURE

Изобретение относится к области изготовления электронной аппаратуры с применением многослойных печатных плат.
Аналог описан в справочнике «Печатные платы» под редакцией К.Ф. Кумбаза. Кн. 1, 2011, стр. 98-99, где описаны конструкции встраиваемых резисторов и конденсаторов, которые получают с помощью фотолитографии на слое фольгированного диэлектрика, с последующей напрессовкой на него слоя фольгированного диэлектрика с топологией и организацией на нем переходных металлизированных отверстий для соединений с выводами встроенных элементов.
Недостатком этой конструкции являются ограниченные значения сопротивления резисторов, находящиеся в пределах от 20 до 300 Ом, а также ограничения по емкости конденсаторов до 500 ПФ.
Второй аналог описан в научно-практическом журнале «Вектор» за ноябрь 2013 г., № 4, стр. 18 в статье «Встраивание компонентов в печатные платы и подложки - ситуация и тенденции на общемировых рынках». Автор Ф. Плонски, где приведена конструкция печатной платы (ПП) со встроенным кристаллом и пассивным элементом, в которой на основание в виде слоя печатной платы установлены кристалл и пассивный элемент с выводами, направленными вверх. Плата состоит из нескольких слоев с топологией, в каждом из них, а также в склеивающих прокладках выполнены отверстия по размерам устанавливаемых элементов, которые напрессовываются на основание с установленными элементами. Далее следуют сверление отверстий, их металлизация, обеспечивающая соединение элементов топологии и выводов установленных элементов, и получение топологии внешних слоев.
2
Недостатком технологии является то, что встраиваемая элементная база подвергается при прессовании воздействию высоких температур (170°С±5°С) и давлению порядка 25-30 кг/см в течение не менее 2,5 часов, притом, что не вся номенклатура применяемых элементов выдерживает температуру выше 125°С (максимальная рабочая температура по ТУ), в результате возникает вероятность получения производственного брака.
Прототип приведен в патенте RU 2571880 с приоритетом от 30.01.2015 г. В патенте описан способ монтажа микроэлектронных компонентов, в котором для основания используют металлическую круглую пластину, в которой по заданным координатам формируют отверстия (технологические окна) под бескорпусные кристаллы, на одну из поверхностей металлической круглой пластины натягивают липкую ленту, липкой стороной внутрь пластины, бескорпусные кристаллы устанавливают по заданным координатам контактными площадками на поверхность липкой ленты, затем герметизируют, отделяют липкую ленту, наносят полиимидный фотолак, формируют отверстия в полиимидном фотолаке - вскрывают окна ровно над контактными площадками и выводами бескорпусного кристалла, проводят коммутацию методом вакуумного напыления металлов через тонкую съемную маску или фотолитографией после вакуумно-плазменного осаждения металлов из трех слоев послойно, затем наносят второй слой диэлектрика, формируют в нем окна, наносят последний слой металлизации, формируют коммутацию с контактными площадками, затем устанавливают чип компоненты.
Недостатком прототипа является то, что технология предполагает использование дорогостоящего технологического оснащения и неосуществима на стандартном оборудовании для изготовления печатных плат, помимо этого температура при задубливании достигает 300°С, что делает невозможным применение низкотемпературных кристаллов.
Задачей изобретения является разработка конструкции печатной платы, позволяющей установить активные элементы с низкими рабочими температурами и пассивные с большими значениями мощности и емкости, избегая воздействия на элементную базу высоких температур и давления, присущих процессу прессования, при этом иметь возможность устанавливать элементную базу толщиной от единиц до сотен микрон, используя стандартное оборудование для изготовления печатных плат.
Для осуществления поставленной задачи было решено разработать конструкцию печатной платы, выполненную в виде сборки, включающей основание и трассировочный набор, содержащий полости, в которых устанавливаются бескорпусные электро-радиоизделия (ЭРИ).
Схемы 1 и 2 представляют изобретение в разрезе, вид сбоку, в соответствии с которыми изобретение включает:
1 - стеклотекстолит фольгированный;
2 - препрег;
3 - основание;
4 - трассировочный набор (ТН);
5 - бескорпусное ЭРИ;
6 - корпусированное ЭРИ;
7 - безусадочный компаунд;
8 - металлизированное отверстие;
9 - топология;
10 - полость.
Изобретение представляет собой многослойную печатную плату (МПП), изготовленную из стеклотекстолита фольгированного (1) и препрега (2). Основание (3) может быть как многослойным, так и состоять из одного слоя стеклотекстолита фольгированного (1), при этом на верхней стороне основания (3) подготавливается необходимое количество топологий (9) для установки бескорпусных ЭРИ (5). ТН (4) является многослойным и состоит из слоев стеклотекстолита фольгированного (1) и препрега (2), количество и толщина которых определяются в зависимости от высоты наибольшего бескорпусного ЭРИ (5). Высота ТН (4) должна превышать высоту наибольшего бескорпусного ЭРИ (5) не менее чем на 0,2 мм. В ТН (4) создаются технологические окна, количество, расположение и размеры которых повторяют соответствующие показатели топологий (9) на основании (3). При сборке МПП последовательно выкладываются друг на друга сначала слои основания (3), а затем слои ТН (4), после чего они спрессовываются. В результате прессования, имевшиеся в ТН (4) технологические окна закрываются топологиями (9) основания (3) и образуют полости (10), внутри которых монтируются бескорпусные ЭРИ (5). После установки бескорпусных ЭРИ (5) и проведения электроконтроля, полости (10) герметизируются безусадочным компаундом (7). С обеих сторон МПП могут быть установлены корпусированные ЭРИ (6), при этом они могут частично или полностью располагаться на поверхности безусадочного компаунда (7). Для сопряжения ЭРИ применяются металлизированные отверстия, которые проходят насквозь через все слои МПП, а также от основания (3) в полости (10).
Использование стандартного оборудования подразумевает изготовление печатной платы с внутренним монтажом элементов по типовому набору операций, применяемых для изготовления МПП, однако ввиду особенностей конструкции печатной платы с внутренним монтажом элементов технологический процесс ее изготовления предполагает ряд особенностей:
1. В слоях ТН (4) по заданным координатам создаются технологические окна;
2. Нанесение защитной паяльной маски, с последующим экспонированием и проявлением рисунка, помимо оборота основания (3) и верхнего слоя ТН (4), дополнительно осуществляются на топологии (9);
3. После проведения электроконтроля прессованной МПП, в полости (10), на топологии (9), устанавливают бескорпусные ЭРИ (5), с последующей проверкой качества выполненного монтажа и их герметизацией безусадочным компаундом (7).
Размеры платы могут варьироваться от минимальных, порядка 30×30 мм, до стандартных 610×457 мм и фактически ограничены только возможностями используемого оборудования.
Таким образом, изобретение представляет собой:
1. Конструкцию печатной платы с внутренним монтажом элементов, включающую одно- или многослойное основание (3) и трассировочный набор (4), изготовленные из стеклотекстолита фольгированного (1) и препрега (2), при этом высота слоев трассировочного набора (4) превышает высоту наибольшего бескорпусного электро-радиоизделия (5) не менее чем на 0,2 мм, в многослойной печатной плате имеется одна или несколько полостей (10), внутри которых на топологии (9) установлены и герметизированы безусадочным компаундом (7) бескорпусные электро-радиоизделия (5), которые сопрягаются металлизированными отверстиями (8) с корпусированными электро-радиоизделиями (6) на обороте основания (3) и верхнем слое трассировочного набора (4).
2. Способ изготовления печатной платы с внутренним монтажом элементов, включающий создание технологических окон, размещение на основании (3) бескорпусных электро-радиоизделий (5), их герметизацию безусадочным компаундом (7), металлизацию отверстий и установку корпусированных электро-радиоизделий (6), при этом в качестве материала применяются стеклотекстолит фольгированный (1) и препрег (2), из которых изготавливаются основание (3) и трассировочный набор (4), в котором создаются технологические окна, количество, расположение и размеры которых повторяют подготовленные на верхнем слое основания (3) топологии (9), с которыми проводятся операции по нанесению защитной паяльной маски, экспонированию и проявлению рисунка, при сборке последовательно выкладываются сначала слои основания (3), а затем слои трассировочного набора (4) с последующим прессованием, после которого создаются металлизированные отверстия (8), проводится электроконтроль, далее внутри полостей (10), на топологии (9), устанавливаются бескорпусные электро-радиоизделия (5), а корпусированные электро-радиоизделия (6) устанавливаются с одной или двух сторон многослойной печатной платы после полного отверждения безусадочного компаунда (7).
Техническим результатом является конструкция печатной платы с встроенными активными и пассивными бескорпусными элементами, не подвергающимися воздействию высоких температур и давления, позволяющая устанавливать элементы высотой в сотни микрон и, как следствие, повышенной емкости и мощности.