Дальнейшие наши исследования будут касаться материалов основания и способов изготовления печатных плат.

Дальнейшие наши исследования будут касаться материалов основания и способов изготовления печатных плат.

 

Лекция. Изготовление многослойных печатных плат методом попарного прессования

Сегодня мы начинаем знакомство с многообразием процессов производства печатных плат, т.е. способов их изготовления. Изучив материал этой лекции, вы сможете сравнить точные и стабильные производственные процессы с настольно-наколенными домашними способами плучения дорожек из сплошного медного покрытия.

 

Как производят многослойные печатные платы: попарное прессование

Рисунок «А» - слои 1 – 2; рисунок «Б» - слои 3 – 4.

 

Исходный материал

Исходный материал – диэлектрическое основание, ламинированное с двух сторон медной фольгой.

· В качестве диэлектрика могут выступать: листы, изготовленные на основе стеклотканей, пропитанных связующим составом на основе эпоксидных смол – стеклотекстолит FR4,

· листы с керамическим наполнителем, армированные стекловолокном – Rogers4000 series,

· листы фторопласта (PTFE) армированные–ArlonADseries. Наиболее распространенный ряд толщин медной фольги – 18, 35 мкм.

 

Сверление межслойных переходных отверстий

На специализированных станках с ЧПУ в плате сверлятся отверстия.
Это первая операция, влияющая на точность (класс) печатной платы. Точность сверления отверстий зависит от применяемого оборудования и инструмента.

 

 

3. Химическое и предварительное гальваническое осаждение меди

Этот этап необходим для придания стенкам отверстий проводимости для последующей гальванической металлизации. Рыхлый слой химически осажденной меди быстро разрушается, поэтому его усиливают тонким слоем гальванической меди.

В процессе обработки на поверхности стеклотекстолита создаётся очень тонкий проводящий слой палладия. Прямая металлизация с применением палладия обеспечивает наибольшую адгезию покрытия к стеклотекстолиту в сравнении с альтернативными процессами.

Поверх слоя палладия осаждается 5-ти микронный слой гальванической меди. Качество металлизации каждой заготовки контролируется оператором.

 

 

Нанесение фоторезиста

Следующий этап – нанесение на заготовку фоточувствительного материала (фоторезиста). Этот этап проходит в чистой комнате с неактиничным (желтым) освещением, т.к. фоторезист чувствителен к ультрафиолетовому спектру.

Фоторезист бывает пленочным (наносится на заготовку ламинированием) и жидким (наносится валиками).

 

 

Удаление фоторезиста

После гальванического осаждения меди и защитного слоя олова, заготовки передаются на травление. Перед травлением с заготовок снимается слой фоторезиста, обнажая нанесенный ранее базовый тонкий слой меди, который необходимо удалить. Топология (рисунок дорожек) печатной платы и металлизированные отверстия остаются под защитой гальванически осаждённого слоя металлорезиста.

 

10.Травление меди.

Обрабатываются внутренние слои будущей многослойной печатной платы.

Травление осуществляется в горизонтальной конвейерной машине. Медь, не защищённая оловом, стравливается. В ходе этого технологического процесса формируется топология внутренних слоёв печатной платы. Слой олова (металлорезист) после травления меди снимается в специальной установке.

 

Удаление металлорезиста

Металлорезист удаляется с поверхности меди в специальном растворе.  Далее заготовки передаются на автоматическую оптическую установку для проверки качества травления.

 

Оксидирование

На данном этапе верхний слой медной фольги специальном образом окисляется для лучшей адгезии при последующем прессовании. Микропористая структура оксидированной поверхности надежно сцепляется с эпоксидным составом.

 

 

 

Прессование

Для взаимного позиционирования внутренних слоёв используется установка автоматической сборки пакетов. После сборки, «пакет» внутренних слоёв склеивается через препрег индукционным нагревом.

Препрег, от английского pre -im preg nated — предварительно пропитанный – это стекловолоконное полотно, уже пропитанное частично отвержденной эпоксидной смолой.

Так как смола уже частично отверждена, она уже не такая липкая, как в жидком состоянии — листы можно брать руками, совсем не опасаясь испачкаться в смоле. Смола станет жидкой только при нагреве фольги, и то лишь на несколько минут, прежде чем застыть окончательно.

В пресс загружаются четыре пресс формы. Каждая может содержать до шести заготовок. Заготовка расположена между двумя разделительными пластинами и представляет из себя набор, который в общем случае состоит из:

· Фольги первого наружного слоя

· Препрега

· Пакета внутренних слоёв, собранных на установке сборки пакета

· Препрега

· Фольги второго наружного слоя

В пакет собираются все заранее подготовленные слои, присутствующие в конструкции данной печатной платы.

В дальнейшем рассказе для наглядности показаны четыре слоя.

Собранные пресс-формы загружаются в вакуумный горячий пресс. Заготовки в процессе прессования многослойных печатных плат склеиваются в единую структуру. Вакуум необходим для удаления всех воздушных пузырьков.

После горячего прессования платы охлаждаются без снятия давления пресса. Это необходимо для исключения коробления (деформации) заготовок.

Далее пресс-формы разбираются, и спрессованные заготовки передаются на операцию вскрытия базовых отверстий.

 

Дальнейшие операции необходимы для формирования металлизации отверстий и топологии наружных слоев. По сути, во многом повторяются процессы обработки внутренних слоев, которые теперь уже надежно «запечены» внутри многослойного «пирога» печатной платы. Однако, есть небольшие отличия, незаметные на первый взгляд, но весьма существенные для достижения максимальной надежности будущей печатной платы.

 

15. Химическое и предварительное гальваническое осаждение меди

Этот этап необходим для придания стенкам отверстий проводимости для последующей гальванической металлизации. Рыхлый слой химически осажденной меди легко разрушается, поэтому его усиливают тонким слоем гальванической меди.

Для создания первоначального проводящего слоя на стенках отверстий, применяется сочетание трех процессов:

· первая ступень - перманганатная очистка отверстий. В процессе обработки стравливается слой эпоксидной смолы со стенок отверстий и небольшой слой эпоксидной смолы с торцов внутренних слоёв.

 

· Далее заготовки проходят линию прямой металлизации. В процессе обработки на поверхности стеклотекстолита создаётся очень тонкий проводящий слой палладия. Прямая металлизация с применением палладия обеспечивает наибольшую адгезию покрытия к стеклотекстолиту в сравнении с альтернативными процессами.

 

· Поверх слоя палладия осаждается 5-ти микронный слой гальванической меди. Качество металлизации каждой заготовки контролируется оператором.

 

Удаление фоторезиста

После гальванического осаждения меди и защитного слоя олова заготовки передаются на травление. Перед травлением с заготовок снимается слой фоторезиста, обнажая базовый слой меди, который необходимо удалить. Топология печатной платы и металлизированные отверстия остаются под защитой гальванически осаждённого слоя олова.

 

 

Травление меди

Травление осуществляется в горизонтальной конвейерной машине. Тонкий слой меди, не защищённой оловом, стравливается. Таким образом формируется топология наружных слоёв печатной платы. Слой олова после травления снимается в специальной установке.

 

 

Удаление металлорезиста

Металлорезист удаляется с поверхности меди в специальном растворе. Это начало процесса, называемого SMOBC (SolderMaskoverBareCopper - маска поверх необработанной меди).

В других вариантах технологического процесса, например, если нанесение защитной паяльной маски не осуществляется, оловянно-свинцовая смесь оплавляется для дальнейшего использования. Одновременно происходит лужение проводников.

 

 

Дальнейшие наши исследования будут касаться материалов основания и способов изготовления печатных плат.