Материалы печатных плат

В современных производствах КП применяют различные органические и неорганические материалы для формирования диэлектрических оснований плат. Вместе с тем совершенствуются известные технологические процессы, а также появляются новые, позволяющие существенно снизить производственные затраты и улучшить качество КП. К ним относятся: привлечение лазерных технологий, таких как лазерное экспонирование рисунка (при изготовлении шаблонов либо КП на металлизированных основаниях, покрытых резистом), ускоряющее формирование проводящих дорожек шириной менее 0,1 мм (от 75 до 12,5 мкм), лазерная селективная трассировка, лазерное сверление отверстий, лазерное фрезерование углублений и др.;

При создании коммутационных элементов КП в ТПМ преобладают аддитивная и полуаддитивная технологии, однако иногда используется и комбинированная позитивная технология, которая в этом случае требует применения тонкофольгированных диэлектрических материалов, позволяющих получать минимальную ширину проводящих дорожек, равную 100 мкм.

В качестве основания печатных плат используют фольгированные и нефольгированные диэлектрики (гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, стеклоткань, лавсан, полиимид, фторопласт и др.), керамические материалы и металлические пластины. При выборе материала основания ПП необхо­димо обратить внимание на следующее: предполагаемые механические воз­действия (вибрации, удары, линейное ускорение и т. п.); класс точности ПП (расстояние между проводниками); реализуемые электрические функции; быстродействие; условия эксплуатации; стоимость.

По сравнению с гетинаксами стеклотекстолиты имеют лучшие механи­ческие и электрические характеристики, более высокую нагревостойкость, меньшее влагопоглощение. Однако у них есть ряд недостатков: невысокая нагревостойкость по сравнению с полиимидами, что способствует загрязне­нию смолой торцов внутренних слоев при сверлении отверстий; худшая ме­ханическая обрабатываемость; более высокая стоимость; существенное раз­личие (примерно в 10 раз) коэффициента теплового расширения меди и стек­лотекстолита в направлении толщины материала, что может привести к разрыву металлизации в отверстиях при пайке или в процессе эксплуатации.

Для изготовления ПП, обеспечивающих надежную передачу нано-секундных импульсов, необходимо применять материалы с улучшен­ными диэлектрическими свойствами (уменьшенным значением диэлек­трической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь). Поэтому к перспективным относится применение оснований ПП из ор­ганических материалов с относительной диэлектрической проницаемо­стью ниже 3,5.

Для изготовления ПП, эксплуатируемых в условиях повышенной опасности возгорания, применяют огнестойкие гетинаксы и стеклотекстоли­ты марок СОНФ, СТНФ, СФВН, СТФ, СОНФ-у.

Для изготовления ГПК, выдерживающих многократные (до 150) изги­бы на 90° (в обе стороны от исходного положения) с радиусом 3 мм, приме­няют фольгированный лавсан и фторопласт. Материалы с толщиной фольги 5 мкм позволяют изготовить ПП 4-го и 5-го классов точности.

18.3. Конструктивно-технологические ограничения при проектировании

При создании КП с повышенной плотностью монтажа возникает ряд проблем. Главными из них являются:

– согласование по ТКЛР материалов платы и монтируемых на ней навесных компонентов;

– обеспечение теплоотвода при повышенной рассеиваемой мощности ЭУ;

– оптимизация геометрии элементов коммутации с учетом специфики ТПМ и применяемых припойных, защитных и клеевых материалов;

– обеспечение качества и надежности.

Первый способ – изготовление КП из материала, аналогичного или близкого по ТКЛР материалу навесного компонента (например полимерного), со специальным наполнителем, в том числе волокнистым материалом (типа кевлара, арамида), который обладает высокой пластичностью и компенсирует остаточные напряжения в местах соединения платы с компонентами.

Второй способ – использование (для уменьшения общего ТКЛР платы) слоистых структур (гетероструктур) на основе проводящего материала (обычно металла), сопрягаемого с прослойками диэлектрических материалов с необходимым ТКЛР. В этих же целях могут применяться композиционные (например слоистые, слоисто-волокнистые и др.) материалы с требуемым ТКЛР. Наиболее распространенным для применения в составе гетероструктуры КП является инвар, плакированный медью, который используется в качестве малорасширяющейся (при изменении температуры) прослойки (термокомпенсационного слоя) (рис.8,а) либо нескольких внутренних прослоек с низким ТКЛР в структурах многослойных плат (рис.8,б).

Третий способ – использование обычной платы (например, из стеклотекстолита), покрытой слоем эластомера, который расширяется вместе с платой и смонтированными на ней компонентами и уменьшает механические напряжения, в том числе и в местах паяных соединений [3, 5].


Рис.8. Конструкция многослойных КП с низким ТКЛР на основе одного (а) и двух (б) термокомпенсационных слоев медь - инвар - медь: 1 - слои меди (плакированной); 2 - слои коммутации; 3 - стенка металлизированного отверстия; 4 - граница приклеивания; 5 - диэлектрик; 6 - инвар; 7 - структура медь - инвар - медь (шина питания); 8 - структура медь - инвар - медь (шина заземления)

 

Задача теплоотвода в известной степени решается применением в структуре КП металлической основы и специальных топологических теплоотводящих элементов КП (столбиков припоя в металлизированных отверстиях, дополнительных технологических площадок и др.). И тем не менее все еще продолжаются исследования по созданию конструкций плат со встроенными радиаторами, теплопроводящими прослойками на основе, например, BeO и других диэлектрических и проводящих материалов, разработанных специально для теплоотводов, а также различных миниатюрных теплоотводящих конструктивов (типа мостов, шин, пружин и т.д.).

В процессе проектирования КП важно правильно выбрать конфигурацию, взаимное расположение и приемлемые, с точки зрения удобства и бездефектности реализации монтажно-сборочных операций, размеры элементов плат. В настоящее время разработаны некоторые рекомендации по проектированию элементов КП (рис.9 – 12 и табл.8).

Рис.9. Рекомендации по проектированию КП с учетом возможного поворота компонента (а) и неточности позиционирования компонентов по осям X (б) и Y (в): 1 - вывод компонента; 2 - контактная площадка из припоя; 3 - компонент;        4 - центральная линия ориентирующих отверстий; f = ±30; Dmax = Lmin-2.0-2Dp-2Dq; Dp» ±0,3мм; Dq» ±0,2мм; Q»0,1мм;   D=Wmax+2Dp+I; D»2,6...5,4мм;  F = 1/2Wmax + Dp + Dq + k

 

Рис.10. Рекомендации по проектированию КП для ТПМК при использовании пассивных компонентов в корпусе типа mini- Melf (размеры в мм):                           1 - конфигурация площадки для пайки оплавлением дозированного припоя в парогазовой среде; 2 - конфигурация контактной площадки для пайки двойной

волной припоя; 3 - ошибочная топология; 4 - правильная топология

 

Рис.11. Технологические ограничения при проектировании КП в ТПМЖ: 1 - контактная площадка с припоем под вывод ИС; 2 - ширина контактной площадки; 3 - длина контактной площадки; 4 - граница защитной маски; 5 - контактная площадка с припоем для вывода пассивного компонента; 6 - контактные   площадки  переходных  отверстий; 7 - проводник,  соединяющий  контактную площадку с переходным отверстием; 8 - переходные отверстия

 

Рис.12. Технологические ограничения при проектировании элементов КП в ТПМ с учетом пайки оплавлением дозированного припоя: а - длина контактной площадки недопустимо велика; б - ширина площадки недопустимо велика; в - приемлемый размер знакоместа; г - одна широкая проводящая дорожка под компонентом; д - несколько узких дорожек под компонентом (более  приемлемый  вариант чем г). 1 - навесной  компонент; 2 -контактная площадка с припоем; 3 - проводящая дорожка

 

Таблица 8

Рекомендации по проектированию КП (на стеклотекстолите) в ТПМ

 

Конструкторские

параметры

Значения параметров (мм)

при изготовлении КП

с применением трафаретной печати с применением фото-литографии
Минимальная ширина проводящих дорожек / расстояние между ними   0,25/0,25   0,75/0,10
Диаметр переходных отверстий 0,76 0,5
Диаметр контактной площадки с отверстием   1,27   1,02
Размер контактной площадки для вывода ИС

(0,64±0,13)´(1,78±0,25)

Минимальная ширина контактной площадки для чип-резистора или конденсатора   0,76   0,51
Минимальная длина контактной площадки для конденсатора (резистора)   0,76 (0,38)   0,51 (0,25)
Длина проводника, соединяющего контактную площадку с переходным отверстием   1,14   0,76
Расстояние между проводником и контактной площадкой   0,38   0,25
Минимальное расстояние между компонентами

Равно максимальной высоте компонента

Минимальное расстояние от места пайки до конца контактной площадки   0,30   0,10
Расстояние между контактными площадками: при наличии защиты в отсутствие защиты     0,76 0,64     0,51 0,51
Минимальное расстояние от центра проводящей дорожки до края платы   0,76+1/2d*   0,51+1/2d*
Разброс по толщине металлизации сквозных отверстий: с припоем без припоя     ±0,025 ±0,03     ±0,018 ±0,018
Точность воспроизведения кон-фигурации контактных площадок   ±0,15   ±0,075
Разброс по высоте коммутации от одной контактной площадки к другой: без припоя с припоем   ±0,0025 ±0,0250   ±0,0025 ±0,0250

*d - ширина проводника




Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



double arrow
Сейчас читают про: