Исследование влияния технологических факторов на параметры многослойных печатных плат

Лабораторная работа

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПАРАМЕТРЫ МНОГОСЛОЙНЫХ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ (МПП)

Цель работы: изучение методов изготовления МПП, определение наиболее важных электрических параметров КПП, приобретение навыков в определении основных де­фектов МПП, исследование взаимосвязи между тех­нологическими факторами.

1. Методические указания по подготовке к работе

1.1. Конструктивно-технологические особенности изготовления МПП

Многослойная печатная плата представляет собой единый комму­тационный узел, состоящий из нескольких спрессованных (склеенных) печатных слоев, гальваническая связь между которыми соответствует принципиальной схеме. При конструировании МПП руководствуются сле­дующими соображениями. Схема коммутации должна соответствовать принципиальной схеме ври минимуме значений паразитных параметров . МПП. Контактные площадки следует расположить так, чтобы соединяю­щие их проводники оказались минимальной длины. Прокладка входных и выходных печатных проводников параллельно друг другу не рекомен­дуется из-за возникновения паразитной обратной связи. Шины, по ко­торым текут суммарные токи схемы, должны быть по возможности шире. Для надежного сцепления особо длинных печатных проводников с осно­ванием необходимы дополнительные контактные площадки и отверстия.

МПП применяются, как правило, для коммутации корпусированных интегральных микросхем, а также для соединения функциональных уз­лов общей соединительной платой в блок. В зависимости от сложности схемы выбирается определенное число слоев МПП. При этом на отдель­ных слоях рекомендуется располагать цепи питания, нулевого потен­циала, сигнальные цепи и т.о. Процесс проектирования и изготовле­ния МПП весьма сложен и трудоемок. Однако в связи с переходом на интегральные схемы применяемость МПП резко возрастает, а стои­мость падает, в частности в результате использования машинного ме­тода проектирования.

Технологический процесс изготовления МПП мало чем в принципе отличается от процесса производства одно- и двусторонних печатных плат. Однако для обеспечения необходимой точности совмещения плат требования к размерам и допускам МПП значительно выше. Наиболее высокие точностные требования предъявляются к следующим операциям:

-  изготовление фотооригиналов и негативов с применением мало­усадочных материалов,

-  пробивка базовых отверстий на негативах и заготовках,

-  выполнение межцентровых расстояний и получение самих отверстий.

Электрические и механические характеристики МПП зависят от качества выполнения процесса прессования, основными характеристика­ми которого являются   удельное давление прессования, температура нагрева и время выдержки. В процессе прессования пакеты, содержащие собираемые платы и слои стеклоткани, пропитанные лаком, устанавли­ваются между   плитами,  нагретыми до 120-130°С, и производится прессование с удельным давлением 5-15 кг/см² в течении   15-20 мин. Далее температура пресса поднимается до 150-160°C, давление - до 10-60 кг/см 2 , а время выдержки определяется из расчета 10 мин не каждый миллиметр толщины платы. После окончания цикла прессования платы охлаждается, давление снимается и пресс разнимается. На этом этапе возможно появление следующих дефектов:

-  расслоение МПП из-за недостаточной полимеризации, обусловлен­ной малым временем прессования,

-  разрыв или сдвиг печатных проводников в слое в результате чрезмерно высокого давления при прессовании или перекоса плит пресса.

Для получения отверстий в МПП наибольшее распространение получил метод сверления, т.к. в эпоксидных стеклопластиках пробивка отверстие методом штамповки весьма затруднительна. Одним из глав­ных недостатков сверления МПП является наволакивание смолы между контактной площадкой и металлизацией в отверстии, вызванное мест­ным перегревом материала при сверлении. Поэтому очень важно вести сверление в правильно выбранном технологическом режиме.

В настоящее время используют несколько конструктивно-технологических методов изготовления МПП [5].

Метод открытых контактных площадок (рис.1). Здесь отдельные слои МПП изготавливает фотохимическим способом не односторонних фольгированных диэлектриках. В слоях вырубают отверстия таких об­разом, чтобы после сборки слоев ко всем контактным площадкам имел­ся свободный доступ. В процессе сборки слом наклеивают друг на друга. Диаметр открытой контактной площадки должен превышать диаметр отверстия не менее чем на 400-600 мкм. Метод имеет ограничен­ную коммутационную способность, т.к. электрические межслойные сое­динения отсутствуют, а увеличение слойности ухудшает качество сбор­ки, поскольку наличие глубоких "колодцев" затрудняет отмывку флюса к часто приводит к браку. По типовому технологическому процессу максимально допустимое число слоев - 6.

Рис. 1. Плата, выполненная методом открытых контактных площадок.

Метод наружных соединений (выступавших выводов) (рис. 2) заключается   в одновременном прессовании заготовок с нанесенным ри­сунком и перфорированными в них окнами, в которых проходят выводы отдельных слоев в виде полосок медной фольги, отгибаемых на наруж-ную поверхность готового пакета. Межслойные соединения в платах отсутствуют. Кроме того при травлении меди о пробельных участков из-за подтравливания происходит снижение механической прочности вы­водов и даже их отрыв. Метод имеет среднюю коммутационную способ­ность, т.к. из-за наличия "окон" в МПП зона трассировки печатных проводников сокращена. По типовому технологическому процессу мак­симальное число слоев - 15.

Pис. 2. Плата, выполненная методом наружных соединений.

Метод послойного наращивания (рис.3) заключается в том, что на заготовку фольги напрессовывается слой тонкого диэлектрика, пер­форированного в местах межслойного соединения. В перфорированные отверстия на внутреннюю поверхность фольги осаждается гальваническая медь, заполнявшая их на толщину диэлектрика. Далее на наруж­ную поверхность диэлектрика осаждается слой меди, на котором вы­полняется рисунок схемы. По количеству слоев повторяет напрессовы­вание диэлектрика, выполнение межслойных соединений и рисунка схе­мы. На последний слой рисунка напрессовывается сплошной слой диэ­лектрика. Затем получают рисунок первого фольгированного слоя. Ме­тод послойного наращивания имеет большую коммутационную способ­ность, несмотря на ограниченную слойность (не более 5 слоев). При большом числе слоев на МПП появляется рельефность. Метод обеспечи­вает надежные межслойные соединения, однако весьма трудоемок и длителен.