Технология многослойных печатных плат

Развитие современной радиоэлектро­ники характеризуется широким при­менением микросхем различной слож­ности (ИМС, БИС и СБИС) в качест­ве основных компонентов ЭА. Слож­ность и большая функциональная плотность современной аппаратуры потребовали огромного числа комму­тационных соединений, которые воз­можно осуществить, только используя многослойный печатный монтаж.

С 60-х гг. для всей электроники ха­рактерно обращение к цифровой об­работке сигналов. Как следствие про­гресса в этой области постоянно рас­тет скорость обработки электрических сигналов в единицу времени и плот­ность компоновки элементов в еди­нице объема. Это предъявляет в каче­стве основных требований к системе монтажа максимальные помехозащи­щенность и плотность проводников.

Проблема помехозащищенности дав­но являлась наиболее важной в техни­ке передачи информации. Собствен­ные помехи системы обусловлены взаимным воздействием внутренних проводников путем емкостной и (или) индуктивной связи. Внешние помехи возникают за счет электромагнитного воздействия системы электропитания, цепей ввода и вывода сигналов. Ис­пользование МПП позволяет в 10 раз уменьшить электромагнитные помехи за счет печатных экранов.

Многослойная печатная платасо­стоит из ряда склеенных печатных слоев, в которых находятся сигналь­ные проводники, переходные отвер­стия, экраны, шины питания, кон­тактные площадки или выступы для присоединения выводов элементов. Сохраняя все достоинства печатного монтажа, МПП имеют дополнитель­ные преимущества:

– более высокая удельная плотность печатных проводников и контакт­ных площадок (20 и более слоев);

– уменьшение длины проводников, что обеспечивает значительное повышение быстродействия (например, ско­рость обработки данных в ЭВМ);

– возможность экранирования цепей переменного тока;

– более высокая стабильность пара­метров печатных проводников под воздействием внешних условий.

Недостатки МПП:

– более жесткие допуски на размеры по сравнению с ОПП и ДПП;

– большая трудоемкость проектирования и изготовления;

– применение специального техноло­гического оборудования;

– тщательный контроль всех операций;

– высокая стоимость и низкая ремон­топригодность.

В настоящее время МПП нашли применение для изготовления панелей ЭВМ, объединяющих конструктивно ИМС, ЭРЭ и коммутационные эле­менты, а также в космической и авиа­ционной аппаратуре. Основные спосо­бы получения МПП классифицируют по методу создания электрических межслойных соединений (рис. 2.23).

Технология многослойных печатных плат - №1 - открытая онлайн библиотека

Рис. 2.23. Основные способы получения МПП.

В первой группе методов электриче­ская связь между проводниками, расположенными на различных слоях платы, осуществляется с помощью ме­ханических деталей:

– штифтов,

– закле­пок,

– пистонов,

– упругих лепестков.

МПП изготавливается из нескольких ДПП путем прессования, в отверстия вставляются предварительно облуженные штифты, которые затем под дей­ствием электрического тока, прохо­дящего через штифт, разогреваются, образуя с помощью припоя электриче­ское соединение с печатными провод­никами (рис. 2.24, а).В отверстия мо­гут вставляться также заклепки, писто­ны, которые облуживаются по торцам и развальцовываются (рис.2.24, б).Соединения могут осуществляться по соприкасающимся фланцам пистонов, а также путем соединения предвари­тельно отбортованных контактных площадок пистоном, что уменьшает размеры пакета (рис.2.24,в).Эти ме­тоды весьма трудоемки, плохо поддаются автоматизации и не обеспечива­ют высокою качества межслойных со­единений.

Технология многослойных печатных плат - №2 - открытая онлайн библиотека

Рис.2.24Соединения с помощью штифта (а), пис­тонов, соприкасающихся

по фланцам (б), и предва­рительно отбортованных контактных площадок (в).

Метод выступающих выводовхарак­теризуется тем, что при его осуществ­лении межслойные соединения обра­зуются за счет выводов, выполненных из полосок медной фольги, высту­пающих с каждого печатного слоя и проходящих через перфорированные отверстия в диэлектрических меж­слойных прокладках. Выводы отгиба­ются на наружную сторону МПП и закрепляются пайкой в специальных колодках. Метод включает следующие операции (рис. 2.25):

– изготовление заготовок из стекло­ткани и медной фольги (нарезка в размер);

– перфорирование стеклоткани;

– склеивание заготовок перфорирован­ного диэлектрика с медной фольгой;

– получение защитного рисунка схе­мы отдельных слоев;

– травление меди с пробельных мест;

– прессование пакета МПП;

– отгибка выводов на колодки и за­крепление их;

– облуживание поверхности выводов, механическая обработка платы по контуру;

– контроль, маркировка.

Технология многослойных печатных плат - №3 - открытая онлайн библиотека

Рис 2. 25.Стадии формирования МПП методом выступающих выводов

1 - нарезка заготовок; 2 - перфорирование диэлектрика; 3 - нанесение рисунка на слой;

4 – травление меди; 5 –прессование пакета.

При данном методе используется бо­лее толстая медная фольга (до 80 мкм), платы допускают установку только ИМС с планарными выводами. Коли­чество слоев не превышает 20. Пре­имущества метода – высокая жест­кость и надежность межслойных со­единений, недостатки – сложность механизации процесса разводки выступающих выводов и их закрепления на плате, а также установки навесных элементов.

Метод открытых контактных пло­щадокоснован на создании электри­ческих межслойных соединений с по­мощью выводов навесных элементов или перемычек через технологические отверстия, обеспечивающие доступ к контактным площадкам, и включает следующие операции (рис. 2.26):

Технология многослойных печатных плат - №4 - открытая онлайн библиотека

Рис.2.26.Стадии формирования МПП методом открытых контактных площадок:

1 - получение заготовок; 2 - нанесение защитного рель­ефа на слой; 3 - травление меди;

4 - пробивка отвер­стий; 5- прессование пакета и выполнение соединений.

– получение заготовок фольгированного материала;

– нанесение защитного рисунка схе­мы на каждый слои;

– травление меди с пробельных мест и удаление резиста;

– пробивка отверстий в слоях;

– прессование пакета МПП;

– облуживание контактных площадок, выполнение электрических соеди­нений.

В слоях вырубаются отверстия: для штыревых выводов круглые, для планарных прямоугольные. Для увеличе­ния площади контакта диаметр площа­док делают больше диаметра отверстий. МПП являются ремонтопригодными, так как допускается перепайка выво­дов ЭРЭ. Количество слоев – до 12.

Недостатки метода: возможность по­падания клея на контактные площад­ки при склеивании слоев и трудоем­кость его удаления скальпелем; труд­ность автоматизации процесса пайки выводов в углублениях; отсутствие электрической связи между слоями; низкая плотность монтажных соеди­нений.

Метод металлизации сквозных от­верстийхарактеризуется тем, что со­бирают пакет из отдельных слоев фольгированного диэлектрика (внеш­них – одностороннего, внутренних – с готовыми печатными схемами) и межслойных склеивающихся прокла­док, пакет прессуют, а межслойные соединения выполняют путем метал­лизации сквозных отверстии. Технологическии процесс включает сле­дующие операции (рис. 2.27)

– получение заготовок фольгированного диэлектрика и межслойных склеивающихся прокладок;

– получениерисункапечатнойсхемывнутреннихслоевфотохимическимспособом аналогично ДПП;

– прессование пакета МПП при тем­пературе 160 – 180°С и давлении 2 – 5 МПа;

– сверление отверстии в пакете;

– получение защитного рисунка схе­мы наружных слоев фотоспособом;

– нанесение слоя лака;

– подтравливание диэлектрика в от­верстиях в смеси серной и плавико­вой кислот в соотношении 4:1 при температуре (60±5)°С в течение 10–30с. При этом растворяется смола стеклопластиков и стеклоткань склеивающих прокладок для устранения следов наволакивания смолы, обнажения контактных площадок и увеличения площади контактирования;

– химическое меднение сквозных от­верстий;

– удаление слоя лака;

– гальваническое меднение отверстий и контактных площадок до толщи­ны 25–30 мкм в отверстиях;

– нанесение металлического резиста гальваническим путем (сплавы Sn – Pb, Sn – Ni);

– удаление защитного слоя рисунка и травление меди с пробельных мест;

– осветление (оплавление) металличе­ского резиста;

– механическая обработка МПП (сня­тие технологического припуска);

– контроль и маркировка.

Технология многослойных печатных плат - №5 - открытая онлайн библиотека

Рис. 2.27.Стадии формирования МПП методом металлизации сквозных отверстий:

1 - получение заготовок; 2 - нанесение рисунка на внут­ренние слои; 3 - прессование пакета;

4 - сверление от­верстии; 5 - подтравливание диэлектрика.

Качество МПП, изготовленных ме­тодом металлизации сквозных отверстий, в значительной мере зависит от надежности межслойных соединений – торцов контактных площадок с метал­лизированными отверстиями. Надеж­ное соединение образуется при удалении со стенок отверстий пленки эпоксидной смолы, наволакиваемой при сверлении. Наиболее распростра­ненный способ очистки отверстий пе­ред металлизацией – химическое под­травливание диэлектрика стенок от­верстий. Для этого используются рас­творы кислот или их смеси, однако смеси кислот склонны проявлять про­дукты травления в порах диэлектрика. За рубежом наибольшее распростра­нение получил способ травления ди­электрика не в смеси кислот, а снача­ла в серной, а затем в плавиковой.

При повышении температуры раство­ра с 30 до 60°С глубина подтравливания диэлектрика увеличивается от 2–5 до 40–50 мкм, а при увеличении времени воздействия травящего раство­ра с I до 5 мин глубина подтравливания растет от 25–50 до 100–120 мкм.

В связи с тем что для подтравливания используются агрессивные рас­творы (смесь горячих концентриро­ванных кислот), требующие постоян­ного контроля и последующей нейтрализации обработанных заготовок, был предложен способ сухого плаз­менного травления. Он обеспечивает хорошую адгезию меди в отверстиях, короткий цикл обработки и отсутст­вие побочных эффектов. В качестве реагента используется низкотемпера­турная плазма из смеси газов, напри­мер кислорода и фреона, при темпе­ратуре 50–350 °С и давлении 0,13–260 ГПа. Плазма содержит свободные радикалы (до 90%) и ионы (1%). Реко­мендуется перед травлением предварительный подогрев плат до 50–70 °С. Плазма превращает эпоксидную смолу в летучее вещество, легко удаляемое из отверстий. Никаких промывок и сушки при плазменном методе не тре­буется. Этот процесс сухой и полно­стью автоматизирован. При обработке каждая МПП помещается в простран­ство между двумя параллельно распо­ложенными алюминиевыми пластина­ми – электродами. Электроды имеют отверстия, совпадающие с отверстия­ми в МПП.

Метод металлизации сквозных от­верстий является основным и наибо­лее перспективным в производстве МПП, так как не имеет ограничения количества слоев, легко поддается ав­томатизации и обеспечивает наиболь­шую плотность печатного монтажа. Он позволяет изготавливать МПП, при­годные для размещения на них эле­ментов с планарными и штыревыми выводами. Более 80 % всех МПП, производимых в мире, изготавливает­ся этим методом.

Метод попарного прессованияхарак­теризуется тем, что внутренние слои МПП изготавливаются на одной сто­роне заготовки из двустороннего фольгированного диэлектрика, межслойные соединения – путем химико-гальванической металлизации отверстий в заготовках, полученные слои прессуются, а рисунок на наружных сторонах платы выполняется комби­нированным позитивным методом.

В конструкции МПП нет прямой электрической связи между внутрен­ними слоями многослойной структу­ры, она осуществляется через внеш­ние слои. Сложность переходов не дает возможности получить высокую плотность печатного монтажа. Число слоев МПП – не более четырех. Тех­нологический процесс включает сле­дующие операции (рис. 2.28):

Технология многослойных печатных плат - №6 - открытая онлайн библиотека

Рис 2.28. Стадии формирования МПП методом попарного прессования.

1 - получение заготовок, 2 - получение рисунка на внут­ренних слоях,

3 - выполнение межслойных переходов, 4 - прессование пакета.

– получение заготовок;

– нанесение защитного рисунка схемы внутренних слоев;

– травление меди с пробельных мест и удаление защитного рисунка;

– выполнение межслойных электрических соединений между внутренними и наружными слоями химикогальванической металлизацией;

– прессование пакета МПП (металлизированные отверстия переходов заполняются смолой во избежание их разрушения при травлении);

– сверление отверстий и нанесение защитного рисунка схемы наруж­ных слоев;

– химическое меднение сквозных от­верстий;

– гальваническое меднение и нанесение металлического резиста;

– травление меди на наружных слоях;

– осветление металлического резиста;

– механическая обработка;

– контроль, маркировка.

Попарным прессованием изготав­ливаются МПП, на которых разме­щаются навесные элементы с планарными и штыревыми выводами. Не­достатки метода – низкая производи-тельность, невозможность получения большого числа слоев и высокой плотности печатного монтажа.

Метод послойного наращиванияха­рактеризуется тем, что при его осуще­ствлении межслойные соединения вы­полняют сплошными медными пере­ходами (столбиками меди), располо­женными в местах контактных площа­док. Технологический процесс включа­ет следующие операции (рис. 2.29):

Технология многослойных печатных плат - №7 - открытая онлайн библиотека

Рис. 2. 29Стадии формирования МПП методом послойного наращивания.

1 - получение заготовок; 2 - перфорирование диэлектри­ка; 3 - наклеивание фольги;

4 - выполнение межслойного перехода; 5- прессование пакета.

– получение заготовок стеклоткани и фольги;

– перфорирование диэлектрика;

– наклеивание перфорированной за­готовки диэлектрика на фольгу;

– гальваническая металлизация отвер­стия и химико-гальваническая ме­таллизация второй наружной по­верхности заготовки;

– нанесение защитного рисунка схемы и травление меди;

– гальваническое наращивание меди в отверстиях и химико-гальваническая металлизация наружной поверхности диэлектрика;

– травление меди с пробельных мест;

– получение многослойной структуры путем многократного повторения операций химико-гальванической металлизации и травления;

– напрессовывание диэлектрика;

– получение защитного рисунка печатного монтажа наружного слоя;

– травление меди с пробельных мест и облуживание припоем;

– механическая обработка;

– контроль и маркировка.

Послойным наращиванием получают МПП, на которых размещают только навесные элементы с планарными вы­водами. Недостатком данного метода является нетехнологичность конструк­ции, так как нельзя использовать фольгированные диэлектрики и необходи­мо вести последовательный цикл изготовления многослойной структуры. Стоимость изготовления МПП высо­кая. Достоинства метода – возмож­ность получения большого числа сло­ев (5 и более) и самые надежные межслойные контактные соединения.

К базовым технологическим про­цессам получения МПП относятся прессование пакета, механическая об­работка и контроль. Прессование па­кета МПП является одним из самых важных процессов изготовления МПП, так как от качества его выполнения зависят электрические и механические характеристики готовой МПП. Техно­логический процесс прессования со­стоит из следующих операций:

– подго­товка поверхности слоев перед прес­сованием;

– совмещение отдельных сло­ев МПП по базовым отверстиям и сборка пакета;

– прессование пакета.

Для подготовки поверхности слоев к прессованию применяют механиче­скую зачистку абразивами, обезжири­вание поверхности органическими растворителями и легкое декапирова­ние фольги. При прессовании экранов с большими участками фольги ее поверхность оксидируют для лучшей ад­гезии при склеивании. Текстура на­полнителя (прокладок из стеклоткани) должна быть равномерно пропитана смолой, иначе при травлении химиче­ские растворы проникают в свобод­ные полости и снижают тем самым сопротивление изоляции.

Совмещение отдельных слоев МПП по базовым отверстиям осуществля­ют в специальном приспособлении (рис.2.30), состоящем из верхней 1 и нижней плит 5, изготовленных из стали.

Технология многослойных печатных плат - №8 - открытая онлайн библиотека

Рис. 2.30.Приспособление для прессования паке­та МПП.

1 - верхняя плита; 2 - направляющая колонка; 3 - фик­сирующий палец;

4 - отверстие для термопары; 5 - ниж­няя плита.

Толщина плит 15–20 мм и за­висит от габаритов изготавливаемой платы. Плиты шлифуют по обеим плоскостям, направляющие колонки 2 обеспечивают их полную параллель­ность. В торцах плит выполняют от­верстия для термопар 4. Габаритные размеры нижней плиты должны быть больше прокладочных листов на 30–50 мм с каждой стороны по перимет­ру, так как при прессовании возможно вытекание значительного количества смолы. Фиксирующие штыри 3 рас­полагают через 100–150 мм по пери­метру платы в пределах технологиче­ского поля.

Для прессования МПП используют специализированные многоярусные гидравличес-кие прессы, оборудован­ные системами нагрева, охлаждения плит и поддержания температуры с точностью ±3 °С, регуляторами подачи давления с точностью порядка 3 %.Нагрев плит пресса осуществляют ли­бо перегретым паром, либо электриче­ством. Для ускоренного охлаждения в плиты встраивают коллекторы для по­дачи проточной водопроводной воды.

Технология проводных плат.

Применение МПП экономически оправдано лишь в серийном и круп­носерийном производстве ЭА. В мел­косерийном производстве на этапе разработки опытных образцов приме­няются другие методы, основанные на оптимальном сочетании печатного и объемного монтажа. Характерной осо­бенностью таких комбинированных методов является использование ДПП, имеющих шины земли и питания, контактные площадки под навесные ЭРЭ и ИМС, металлизированные пе­реходные и монтажные отверстия. Монтаж остальных электрических це­пей осуществляют путем раскладки проводов на одной из плоскостей пла­ты и создания контактных соедине­ний с элементами ДПП путем сварки или пайки.

Таким образом, имея стандартную конструкцию ДПП, изготовленную комбинированным позитивным мето­дом, с помощью проводного монтажа получают конструкцию, аналогичную 8- или 9-слойной МПП. При этом от­падает необходимость изготовления большого числа фотошаблонов, при­менения прессования и других опера­ций, характерных для МПП, что зна­чительно сокращает цикл изготовле­ния конструкции.

К комбинированным методам мон­тажа относятся:

– многопроводной упо­рядоченный фиксируемыми провода­ми;

– многопроводной неупорядочен­ный;

– стежковый неупорядоченный.

Многопроводной монтаж фиксируе­мыми проводамизаключается в упоря­доченном прокладывании изолиро­ванных проводов на поверхности ДПП, закреплении их в слое адгезива и соединении с печатным монтажом с помощью металлизированных монтаж­ных отверстии. Материалом для изготовления многопроводных плат служит фольгированныи диэлектрик, на поверхности которого субтрактивным методом получают печатный монтаж. На обезжиренные поверхно­сти плат наносят адгезионныи слой, состоящий из прокладочной стекло­ткани и клея ВК-32-200. Для монтажа применяют провод диаметром 0,1-0,2 мм в высокопрочной полиамидной изоляции.

Укладку монтажного провода осуще­ствляют с помощью специальной голов­ки, оснащенной ультразвуковым при­жимом 1, ножом-отсекателем 2, труб­кой 3 для подачи провода (рис. 2.32). Наконечник прижима спрофилирован таким образом, что в процессе уклад­ки удерживает провод 4, утапливая его в адгезив 5, на поверхности платы 6 на 0,5 диаметра.

Технология многослойных печатных плат - №9 - открытая онлайн библиотека

Рис.2.32. Схема укладки монтажного провода.

УЗ-колебания обеспечивают размяг­чение адгезива и утапливание в него провода. После окончания трассиров­ки провода головка останавливается и провод отрезается ножом. Полное погружение проводников в слой адге­зива и окончательное отверждение последнего происходят в результате прес­сования при температуре 180°С под давлением 1,0-1,5 МПа.

Плата с закрепленными в адгезиве монтажными проводами подается на операцию сверления. Монтажные от­верстия сверлятся по программе та­ким образом, чтобы проводник в пла­те располагался по оси симметрии от­верстия. Практически реализуется шаг координатной сетки 0,625 мм. В ре­зультате сверления возможно навола­кивание диэлектрических материалов на торцы проводов. Поэтому необхо­дима операция гидроабразивной очи­стки отверстий, которая проводится особо тщательно, так как вскрытая площадь при сверлении торцов мон­тажного провода достаточно мала.

Операцией, определяющей надеж­ность электрического соединения про­водного и печатного монтажа, являет­ся химико-гальваническая металлиза­ция отверстий. Если на наружных слоях платы печатный монтаж не пре­дусмотрен, то ее перед сверлением и металлизацией защищают технологи­ческим лаком. Если печатный монтаж необходим, то применяют полуаддитивныи метод (рис. 2.34).

Технология многослойных печатных плат - №10 - открытая онлайн библиотека

Рис.2.34. Схема технологического процесса изготовления многопроводной платы.

На одной стороне многопроводной платы можно разместить несколько слоев проводного монтажа, чередуя нанесение адгезива и раскладку проводов. Существенные недостатки мето­да – невысокая надежность монтаж­ных соединений провода с металли­зированными отверстиями, необходи­мость применения адгезива, высокая трудоемкость монтажа. Достоинства метода – высокая точность двусто­роннего монтажа с пересечением про­водов, оперативное внесение измене­ний в монтаж, автоматизация трасси­ровки проводов.

Для повышения надежности межслойных соединений разработан вариант многопроводного метода, отли­чающийся тем, что соединения объ­емных проводов и печатного монтажа осуществляются путем пайки прово­дов к монтажным площадкам, так как адгезионный слой наносится через трафарет и не закрывает отверстия и контактные площадки. Пайка выпол­няется монтажной головкой с про­граммным управлением, ее произво­дительность 300-400 точек в час. Ме­тод экономичен при производстве плат в количестве 500-1000 шт/год.

Суть многопроводного неупорядочен­ного монтажа незакрепленными прово­дамизаключается в произвольном прокладывании изолированных мон­тажных проводов на поверхности ДПП и образовании контактных со­единений с печатным монтажом пу­тем пайки или сварки. К этим мето­дам относятся методы Tiers (пайкой) и Stitch-Wire (сваркой соединений), разработанные фирмами США. В от­личие от метода Multiwire провода 1 (рис. 2.35) не приклеиваются к осно­ванию платы 2, а остаются свобод­ными и соединяются с монтажными площадками 4 указанными выше ме­тодами. В отверстия плат могут мон­тироваться элементы 3.

Технология многослойных печатных плат - №11 - открытая онлайн библиотека

Рис.2.35. Схема проводного монтажа закрепленными проводами.

Достоинства метода – простота изготовления, ремонтопригодность, ав­томатизация трассировки и пайки проводников, высокая точность монтажа. Недостатки – односторонняя установка ЭРЭ и ИМС, необходи­мость дополнительных контактных площадок, большая степень свободы монтажных проводов.

Стежковый монтажзаключается в прокладывании изолированных про­водов по кратчайшим расстояниям на поверхности ДПП и в монтажных от­верстиях с образованием петель и последующим подпаиванием их к кон­тактным площадкам платы. Процесс осуществляется на станках с ЧПУ, а в качестве инструмента применяют иглу из нержавеющей стали. Игла, проходя через монтажное от­верстие, прокалывает пакет резино­вых прокладок, которые задерживают провод при обратном ходе иглы (рис. 2.37, а).После трассировки резиновые прокладки стягивают с пе­тель и проводят их лужение группо­вым методом в ванне припоя при тем­пературе (350±10) °С в течение 5-6 с (рис. 2.37, б).Кабельная бумага предохраняет поверхность ДПП при лу­жении и удаляется после выполнения операции. Подгибку и пайку петель на контактные площадки (рис.2.37, в) осуществляют вручную паяльником или на станках с ЧПУ.

Технология многослойных печатных плат - №12 - открытая онлайн библиотека

Рис.2.37. Схема стежкового монтажа:

1- провод; 2- игла; 3- плата; 4 - кабельная бумага;

5 - пакет резиновых прокладок; 6 - защитный слой.

Несмотря на то, что отдельные опе­рации стежкового монтажа автоматизированны, в целом производитель­ность процесса невелика, так как ка­ждая операция требует продолжитель­ного ручного труда при сборке и раз­борке различных приспособлений.

Дальнейшим развитием проводного монтажа явилась разработка плат третьего поколения без печатного монтажа. Основанием таких плат яв­ляется лист толщиной 0,5-2 мм из проводящего материала (стали, алю­миниевого сплава и т. д.), который выполняет роль теплоотвода от мик­росхем и является шиной с нулевым потенциалом. В основании платы вы­полнены пазы, заполненные эластич­ным материалом, через который про­пущены тонкие изолированные про­вода марки ПЭВТЛК (рис.2.38). Ме­жду пазами установлены на теплопро­водный клей микросхемы с планарными и штыревыми выводами с ша­гом 2,5; 1,25 и 0,625 мм, а также дру­гие ЭРЭ.

Технология многослойных печатных плат - №13 - открытая онлайн библиотека

Рис.2.38. Фрагмент конструкции теплопроводящей платы проводного монтажа:

1-паяное соединение; 2-вывод; 3-элемент; 4-контактная площадка;

5-диэлектрический материал; 6-проводящее основание; 7-провод.

Преимущества плат с теплоотводом перед МПП: т

– улучшение теплоотвода в 2-3 раза;

– увеличение надежности работы, так как снижение температуры корпуса ИМС на 10°С увеличивает надеж­ность ее работы в 1,5-2 раза;

– повышение быстродействия из-за высокой тактовой частоты (65-100МГц) благодаря мощным ши­нам питания и хорошей электриче­ской развязке ИМС по питанию;

– отсутствие выброса химических сто­ков, содержащих тяжелые металлы (медь, никель, свинец, железо и др.), что в 20 раз экологически менее опасно;

– снижение затрат на разработку плат в 2раза, производственных площа­дей в 5 раз.

Новым направлением в технике монтажа является применение тканых коммутационных устройств (ТКУ), представляющих собой тканый мате­риал, изготовленный из электропро­водящих и диэлектрических нитей, с закрепленными на нем ЭРЭ и ИМС.

Технология многослойных печатных плат - №14 - открытая онлайн библиотека

Рис.2.39. Тканное коммутационное устройство.

В общем виде ТКУ (рис. 2.39) пред­ставляет собой однослойное или многослойное изоляционное поле 1, изго­товленное из диэлектрических нитей. С двух сторон поля во взаимно пер­пендикулярных направлениях по ко­ординатам х и у проложены электро­проводящие нити 2 и 3, которые на наружной поверхности в заданных точках образуют монтажные узлы 4, выполняющие электрические соеди­нения между отдельными электропро­водящими нитями. На наружной по­верхности поля сформированы кон­тактные площадки 6, петли 5, служа­щие для присоединения выводов ЭРЭ, и удлиненные выводы 7, необходимые для подсоединения к разъемам.

ТКУ изготавливаются на ткацких автоматах, дополнительно снабженных механизмами подачи и натяжения элек­тропроводящих и диэлектрических ни­тей, а также петлеобразования. После изготовления ТКУ им придают жест­кость. Применяются следующие спо­собы фиксирования тканой структуры:

– тепловая обработка продувкой го­рячим воздухом или паром с темпе­ратурой 180-220°С для размягче­ния термопластичных тканей и по­следующей фиксации структуры;

– оплавление исходного материала тканей для герметизации кромок, отверстий, контактных площадок;

– компаундирование путем заливки сеточной структуры пластмассами с целью повышения механической жесткости и прочности ТКУ;

– пластифицирование-заливка струк­туры составами на основе кремний-органических каучуков для прида­ния гибкости, эластичности, химической стойкости и повышения климатической стойкости;

– формование–тепловой нагрев ткани с целью придания ей определенной пространственной формы и ее стабилизации.

Соединение электрических провод­ников в контактных узлах и присое­динение навесных ЭРЭ осуществля­ются контактной микросваркой. ТКУ имеют электрическое сопротивление проводящих нитей не более 0,1 Ом, прочность изоляции до 1000В, электрическое сопротивление изоляции 10-12 МОм, температурный диапазон -50...+65 °С, затухание 110 -120 дБ, электрическую емкость между элек­тропроводящими нитями 33-38 пФ.

Функционально ТКУ подразделяются на четыре группы (рис. 2.40).

– конструктивы,

– пла­ты,

– кабели;

– соединители

Технология многослойных печатных плат - №15 - открытая онлайн библиотека

Рис. 2.40. Классификация ТКУ.

Каждая структура может быть одно- или многослойной с двухкоординатным, внутримодульным, внутриблочным или межблочным расположением нитей. Особенности технологии позво­ляют получать как гибкие и эластичные, так и жесткие коммутационные устрой­ства плоской или объемной формы. С экономической точки зрения производство ТКУ при существующем уровне развития текстильной промыш­ленности в 5-6 раз дешевле по срав­нению с печатным и проводным мон­тажом за счет того, что трудоемкость снижается в 5-6 раз, затраты на ма­териалы – в 7, а на оборудование – в 5 раз. Экономятся цветные и дорого­стоящие металлы, химреактивы и т. д. ТКУ имеют высокую гибкость формы, что позволяет формировать блоки за­данной конфигурации и значительно меньшей массы. ТКУ имеют высокую надежность в условиях повышенных механических и климатических воздействий. К недостаткам метода относятся невысокая точность изготовле­ния коммутационных полей, трудоемкость присоединения элементов и низкая ремонтопригодность.