Анализ основных методов изготовления многослойных печатных плат

АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ МЕТОДОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ

ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

Круглова Ю.А.

Магистрант, кафедра материалов функциональной электроники Национальный исследовательский университет «МИЭТ»

Аннотация

В статье рассмотрены основные методы изготовления многослойных печатных плат, а также преимущества и недостатки каждого из этих методов. На основании приведенных данных, определен наиболее перспективный способ изготовления многослойных печатных плат.

Ключевые слова: многослойные печатные платы, методы изготовления многослойных печатных плат, технология многослойных печатных плат.

Keywords: multilayer printed circuit boards, methods of production of multilayer printed circuit boards, technology of multilayer printed circuit boards.

Многослойная печатная плата - конструкция, представляющая собой ряд склеенных между собой слоев изоляционного материала и проводящего рисунка, в которых располагаются экраны, сигнальные проводники, переходные отверстия, выступы или контактные площадки для соединения с выводами элементов. Помимо всех достоинств печатного монтажа, многослойные печатные платы имеют дополнительные преимущества:

• небольшая длина проводников за счет множества металлизированных отверстий между слоями, обеспечивающая значительное повышение скорости быстродействия;

• высокая устойчивость параметров

• возможность экранировки цепей переменного тока;

• высокая удельная плотность контактных площадок и проводников.

Недостатки МПП:

• использование специального технологического оборудования;

• тщательный контроль операций;

• трудоемкость проектирования и производства;

• высокая стоимость и низкая ремонтопригодность.

Методы изготовления многослойных печатных плат

С каждым годом совершенствуются методы изготовления многослойных печатных плат: повышается скорость производства и качество. Зачастую старые методы изготовления вновь возвращаются, модернизируясь в лабораториях и исследовательских центрах. Осталось несколько проверенных опытом и временем способов, используемые в современном производстве.

Метод выступающих выводов

При осуществлении метода выступающих выводов межслойные соединения образуются при помощи выводов, выполненных из полос медной фольги, которые выступают с каждого печатного слоя и проходят сквозь перфорированные отверстия в диэлектрических межслойных прокладках. Метод выступающих выводов заключается в следующих операциях:

1. изготовление заготовок из медной фольги и стеклоткани;

2. перфорирование стеклоткани;

3. совмещение заготовок перфорированного диэлектрика с медной фольгой;

4. получение защитного рисунка схемы каждого слоя;

Круглова Ю.А., 2017 г.

5. травление меди;

6. прессование пакета;

7. отгибка выводов и их закрепление на колодках;

8. облуживание поверхности выводов, механическая обработка по контуру платы.

Метод выступающих выводов получил свое название за счет использования для

межслойных соединений полосок медной фольги, вы- ступающих с каждого проводящего слоя через отверстия на наружный слой металлизации или на промежуточные слои [1, 26]. При изготовлении МПП данным методом используется более толстая (до 80 мкм) медная фольга. Среди преимуществ метода выступающих выводов можно выделить надежные соединения между слоями, а к недостаткам — сложность механизации разводки выводов и закрепления их на плате, а также монтажа навесных элементов.

Метод открытых контактных площадок

Метод открытых контактных площадок заключается в создании электрических соединений между слоями при помощи вывода навесных элементов или перемычек через технологические отверстия, которые обеспечивают доступ к контактным площадкам. Данный метод включает в себя следующие технологические операции:

1. изготовление заготовок фольгированного материала;

2. нанесение защитного рисунка схемы на каждый из слоев;

3. травление меди, удаление резиста;

4. сверление отверстий в слоях;

5. сборка пакета путем прессования;

6. облуживание контактных площадок, выполнение межслойных электрических соединений.

Недостатки метода:

1) попадание клея на контактные площадки при склейке слоев

2) сложность автоматизации процесса пайки выводов в углублениях;

3) отсутствие межслойной электрической связи; маленькая плотность монтажных соединений.

Метод металлизации сквозных отверстий

Метод металлизации сквозных отверстий основан на сборке пакета из слоев фольгированного диэлектрика и склеивающихся прокладок, далее происходит прессование пакета, а выполнение межслойных соединений происходит путем металлизации сквозных отверстий.

Изготовление внутренних слоев многослойных печатных плат выполняется фотохимическим негативным методом с металлизацией сквозных отверстий следующим порядком технологических операций:

1) нарезка заготовок;

2) сверление технологических, базовых отверстий в заготовках и прокладках;

3) пемзовая зачистка;

4) микротравление;

5) получение рисунка схемы;

6) травление;

7) удаление ретуши и фоторезиста;

8) замер величины усадки слоев;

9) оксидирование;

Для изготовления наружных слоев используется комбинированный позитивный метод [2, 43] с подслоем сплава олово-никель и с финишным покрытием сплавом золото-кобальт:

1) комплектование и склеивание пакета многослойной печатной платы;

2) сверление отверстий (технологические и под металлизацию);

3) химическая металлизация;

4) микротравление;

5) получение рисунка схемы;

6) гальваническое меднение;

7) покрытие сплавом олово-никель;

8) гальваническое золочение;

9) удаление ретуши и фоторезиста;

10) травление;

11) контроль толщины металлизации;

12) нанесение и формирование защитной паяльной маски.

Метод металлизации сквозных отверстий является одним из перспективных в изготовлении многослойных печатных плат, потому как нет ограничений для количества слоев, он легко поддается автоматизированию и обеспечивает высокую плотность печатного монтажа.

Метод попарно-сквозной металлизации отверстий Метод попарно-сквозной металлизации отверстий в целом подобен методу металлизации сквозных отверстий, но при формировании межслойных соединений помимо сквозного металлизированного отверстия выполняется попарно-сквозная металлизация внутренних слоев платы.

Для изготовления внутренних слоев многослойной печатной платы с попарно-сквозной металлизацией отверстий используется комбинированный негативный метод [2, 43], включающий следующие операции:

1) нарезка заготовок;

2) сверление технологический отверстий и отверстий под металлизацию;

3) химическая металлизация;

4) гальваническое меднение;

5) получение рисунка схемы;

6) подготовка поверхности заготовок (пемзовая зачистка/микротравление);

7) нанесение фоторезиста;

8) экспонирование и проявление;

9) травление;

10) удаление ретуши и фоторезиста;

11) оксидирование.

Для изготовления наружных слоев - комбинированный позитивный метод с финишным покрытием ПОС-61 (ПОС-63) или иммерсионное олово (Ьп):

1) комплектование пакета;

2) склеивание пакета многослойной печатной платы;

3) сверление отверстий под металлизацию;

4) химическая металлизация;

5) получение рисунка схемы;

6) гальваническое меднение;

7) гальваническое оловянирование;

8) удаление ретуши и фоторезиста;

9) травление;

10) снятие олова;

11) нанесение паяльной маски;

12) покрытие плат ПОС-61 (ПОС-63) или иммерсионное олово (Ьп).

Метод попарно-сквозной металлизации обеспечивает самые качественные и надежные межслойные соединения за счет дополнительной металлизации попарно-сквозных отверстий в многослойных печатных платах. Аналогично методу металлизации сквозных отверстий, имеет преимущества: высокая плотность монтажа, легкость автоматизации процесса, нет ограничений по количеству слоев в конструкции многослойной печатной платы.

Метод послойного наращивания

Метод заключается в последовательном чередовании слоев изоляционного материала (препрега) и проводникового слоя. Соединение между проводящими элементами соседних печатных слоев производится гальваническим наращиванием меди в отверстиях изоляционного слоя [3, 32]. Технологический процесс данного метода включает следующие операции:

1. изготовление заготовок фольги и стеклоткани;

2. перфорирование диэлектрика;

3. совмещение заготовки диэлектрика с фольгой;

4. гальваническая металлизация отверстия и химико-гальваническая металлизация второй наружной поверхности заготовки;

5. нанесение защитного рисунка схемы, травление меди;

6. наращивание меди в отверстиях, химико-гальваническая металлизация диэлектрика на наружной поверхности;

7. травление меди;

8. изготовление многослойной структуры многократным повторением процессов химико-гальванической металлизации и травления меди;

9. прессование диэлектрика;

10. получение защитного рисунка на наружном слое;

11. травление меди, облуживание припоем;

12. механическая обработка.

Методом послойного наращивания получают конструкции многослойных печатных плат, на которых размещаются только навесные элементы с планарными выводами. Недостатки данного метода - высокая стоимость и трудоемкость производства, а также нетехнологичность конструкции, потому как невозможно использование фольгированных диэлектриков. Достоинства метода послойного наращивания — возможность изготовления большого числа слоев, а также очень надежные межслойные контактные соединения.

В работе рассмотрены основные методы изготовления многослойных печатных плат: метод выступающих выводов, метод открытых контактных площадок, метод металлизации сквозных отверстий, метод попарно-сквозной металлизации отверстий и метод послойного наращивания. Все перечисленные методы имеют свои преимущества или недостатки. Проанализировав каждый из методов изготовления многослойных печатных плат, можно прийти к выводу, что метод попарно-сквозной металлизации сквозных отверстий является наиболее перспективным в изготовлении многослойных печатных плат, потому как нет ограничений для количества слоев, он легко поддается автоматизированию и обеспечивает высокую плотность печатного монтажа, а также самые надежные межслойные соединения за счет дополнительной металлизации отверстий.

Литература

1. Крылов В. П. Технологии и подготовка производства печатных плат: учебное пособие, 2006. -64 с.

2. Медведев А.М. Печатные платы. Конструкции и материалы. М.: Техносфера, 2005. - 304 с.

3. Брусницына Л. А., Степановских Е. И. Технология изготовления печатных плат: учебное пособие, 2015. - 200с.