В приладобудуванні та електроніки в цілому друковані плати виконують відповідальну роль носіїв електричних межз’єднань. Від цієї функції залежить якість роботи пристрою та його базові експлуатаційні характеристики. Сучасні методи виготовлення друкованих плат орієнтуються на можливості надійної інтеграції елементної бази з високою щільністю компоновки, що збільшує робочі якості виготовленої апаратури.
Загальні відомості про друкарських платах
Мова йде про вироби на основі плоского ізоляційного підстави, конструкція якого має пази, отвори, вирізи і струмопровідні контури. Останні використовуються для комутації електричних пристроїв, частина з яких не входить в пристрій плати як такої, а інша частина розміщується на ній в якості локальних функціональних вузлів. Важливо підкреслити, що розміщення вищезазначених конструкційних елементів, провідників і робочих деталей спочатку представляється у проекті вироби як чітко продумана електрична схема. Для можливості майбутньої впайки нових елементів передбачається металізовані покриття. Раніше для формування таких покриттів використовувалася технологія мідного осадження. Це хімічна операція, від застосування якої на сьогоднішній день відмовилися багато виробників через використання шкідливих хімікатів зразок формальдегіду. На її зміну прийшли більш екологічні методи виготовлення друкованих плат з прямою металізацією. До переваг такого підходу можна віднести можливість якісної обробки товстих і двосторонніх плат.
Матеріали для виготовлення
Серед основних витратних матеріалів можна відзначити діелектрики (фольговані або нефольгированные), металеві та керамічні заготовки для заснування плати, ізоляційні прокладки із склотканини т. д. Ключову роль у забезпеченні необхідних експлуатаційних властивостей виробу грають навіть не стільки базові конструкційні матеріали для основ, скільки зовнішні покриття. Застосовуваний метод виготовлення друкованих плат, зокрема, визначає вимоги до матеріалів склеювання прокладок і адгезивним покриттям для поліпшення зчеплення поверхонь. Так, для склеювання широко використовуються епоксидні просочення, а для захисту від зовнішніх впливів застосовуються полімерні лакові склади і плівки. В якості наповнювачів для діелектриків використовують папір, склотканина і скловолокно. При цьому сполучною компонентом виступають эпоксифенольные, фенольні та епоксидні смоли.
Технологія виготовлення односторонніх друкованих плат
Ця техніка виготовлення є однією з найпоширеніших, так як вимагає мінімальних ресурсних вкладень і характеризується відносно низьким рівнем складності. З цієї причини її масово використовують у різних галузях, де в принципі є можливість організації роботи автоматизованих конвеєрних ліній для друку та застосування травлення. До типових операціях методу виготовлення односторонніх друкованих плат відносяться наступні:
- Підготовка основи. Проводиться різання листа заготовки під потрібний формат шляхом механічного розкрою або виштамповкою.
- Сформований пакет з заготовками подається на вхід виробничої лінії конвеєра.
- Зачистка заготовок. Зазвичай виконується за допомогою механічної дезоксидации.
- Друк фарб. За трафаретній техніці наносяться технологічні і маркувальні позначення, стійкі до труїть і полімеризуються під дією ультрафіолетового випромінювання.
- Травлення фольги з міді.
- Зняття з фарби захисного шару.
Таким способом отримують низкофункциональные, але дешеві плати. В якості витратного сировини зазвичай використовується паперова основа – гетинакс. Якщо акцент робиться на механічній міцності виробу, то, може використовуватися комбінація паперу та скла у вигляді покращеного гетинаксу марки CEM-1.
Субтрактівний метод виготовлення
Контури провідників у цій техніці утворюються в результаті травлення мідної фольги з основи захисного зображення в металлорезисте або фоторезисте. Існують різні варіанти реалізації субтрактівній технології, найбільш поширений серед яких передбачає використання сухого плівкового фоторезисту. Тому даний підхід також називають фоторезистивным методом виготовлення друкованих плат, який має свої плюси і недоліки. Спосіб досить простий і багато в чому універсальний, але на виході з конвеєра також виходять плати малої функціональності. Технологічний процес виглядає наступним чином:
- Готується фольгований діелектрик.
- В результаті операцій нашарування, експонування і проявлення формується захисний малюнок в фоторезисте.
- Процес травлення мідної фольги.
- Зняття захисного малюнка в фоторезисте.
За допомогою фотолітографії і фоторезиста на фользі створюється захисна маска у вигляді малюнка провідників. Після цього на відкритих ділянках мідної поверхні виконується травлення, а плівковий фоторезист видаляють.
В альтернативному варіанті субтрактивного методу виготовлення друкованих плат проводиться нашаровування фоторезиста на фольгований діелектрик, який перед цим був підданий механічній обробці з метою створення отворів та попередньої металізації товщиною 6-7 мкм. На ділянках, не захищених фоторезистом, послідовно проводиться витравлювання.
Адитивна технологія формування друкованих плат
За допомогою цього способу можна формувати малюнки з провідниками та зазорами в діапазоні від 50 до 100 мкм по ширині і від 30 до 50 мкм в товщині. Застосовується електрохімічний підхід з гальванічним селективним осадженням і точковим пресуванням ізоляційних елементів. Принципова відмінність цього способу від субтрактивного полягає в тому, що металеві провідники саме наносяться, а не вытравливаются. Але й адитивні методи виготовлення друкованих плат мають свої відмінності. Зокрема, їх поділяють на чисто хімічні і гальванічні способи. Частіше використовується хімічний метод. В даному випадку при утворенні струмопровідних контурів на активних ділянках забезпечується хімічне відновлення металевих іонів. Швидкість цього процесу складає близько 3 мкм/год.
Позитивний комбінований метод виготовлення
Також цей метод називається полуаддитивным. В роботі використовуються фольговані діелектрики, але меншої товщини. Наприклад, може застосовуватися фольга від 5 до 18 мкм. Далі формування провідникового малюнку проводиться за тими ж моделями, але переважно з гальванічним осадженням міді. Ключовою відмінністю способу можна назвати використання фотошаблонів. Вони задіюються при комбінованому позитивному методі виготовлення друкованих плат на етапі виконання попередньої металізації товщиною до 6 мкм. Це процедура так званої гальванічної затяжки, при якій виконується нанесення та експонування фоторезистивного елемента через фотошаблон.
Переваги комбінованого способу виготовлення плат
Дана технологія дозволяє формувати елементи малюнка з підвищеною точністю. Наприклад, при позитивному методі виготовлення друкованих плат на фольгованим расходнике товщиною до 10 мкм можна отримати дозвіл провідників до 75 мкм. Разом з високою якістю диэлеткрических контурів також забезпечується і більш ефективна ізоляція поверхні з хорошою адгезивної здатністю друкованої основи.
Метод попарного пресування
Технологія базується на методиці виконання міжшарових контактів за допомогою металізованих отворів. У процесі формування малюнка провідників використовується послідовна підготовка сегментів майбутньої основи. На цьому етапі задіюється полуаддитивный метод виготовлення друкованих плат, після чого з підготовлених ядер компонується багатошаровий пакет. Між сегментами розміщується спеціальна підкладка з склотканини, обробленої епоксидними смолами. Даний склад при здавлюванні може випливати, заповнюючи металізовані отвори і забезпечуючи захист гальванічного покриття від хімічного впливу при виконанні подальших технологічних операцій.
Метод пошарового нарощування друкованих плат
Ще один спосіб, який ґрунтується на застосуванні декількох сегментів друкованих основ для формування складної функціональної структури. Суть методу полягає у послідовному накладення шарів ізоляції з провідниками. При цьому необхідно забезпечувати і надійні контакти між сусідніми шарами, що забезпечується гальванічним мідним нарощуванням в зонах з ізоляційними отворами. Серед переваг цього методу виготовлення багатошарових друкованих плат можна відзначити високу щільність компонування функціональних елементів з можливістю компактної складання в майбутньому. Причому ці якості зберігаються на всіх шарах структури. Але є й недоліки цього методу, головний з яких полягає в механічному тиску на попередні шари при накладці наступного. З цієї причини технологія обмежується в максимально допустимій кількості застосовуваних шарів – до 12.
Висновок
У міру підвищення вимог до техніко-експлуатаційними характеристиками сучасної електроніки неминуче нарощується і технологічний потенціал в інструментарії самих виробників. Платформою для реалізації нових ідей найчастіше виступає як раз друкована плата. Комбінований метод виготовлення даного елемента показує рівень сучасних можливостей виробництва, завдяки яким розробники можуть випускати ультрасложные радіокомпоненти з унікальною конфігурацією. Інша справа, що не завжди концепція пошарового нарощування себе виправдовує на практиці застосування найпростішої радіотехніці, тому на серійне виготовлення таких плат, поки переходять лише деякі компанії. Тим більше що зберігається і попит на прості схеми з односторонньою конструкцією і застосуванням дешевих матеріалів.
