Методы изготовления многослойных печатных плат (стр. 2 из 3)

Трудности послойного наращивания в сочетании с высокой реализуемой плотностью монтажа и надежностью выделили этот метод для изготовления уникальных МПП в лабораторном производстве с высокой технологической культурой. Внедрение этого метода в серийное и даже в мелкосерийное производство затруднено.

Применение этого метода оправдано для создания аппаратуры с высокой надежностью. Например, печатные платы в аппаратуре космического транспорта и космического базирования, изготовленные этим методом, не имели ни одного отказа за все время использования с 80-х годов прошлого столетия.

Метод металлизации сквозных отверстий

Процесс изготовления МПП методом электрохимической металлизации сквозных отверстий состоит в изготовлении отдельных внутренних слоев химическим методом, прессовании слоев в монолитный пакет, сверлении сквозных отверстий и их металлизации. При сверлении на стенках отверстий вскрывают торцы контактных площадок внутренних слоев. Соединения их друг с другом и с контактными площадками наружных слоев получаются за счет металлизации отверстий.

Типичная структура МПП, изготовленной методом металлизации сквозных отверстий, показана на рис. 1.21. Поскольку все отверстия в плате являются сквозными, плотность межсоединений несколько ограничена, так как каждое отверстие используется для внутреннего соединения только один раз и в то же время занимает определенную площадь на каждом слое, ограничивая свободу трассировки печатных цепей. Вводя промежуточные внутренние соединения или сквозные отверстия для групп слоев, как это схематически показано на рис. 1.22, межслойные соединения можно располагать друг над другом или только между теми слоями, где они нужны, не ограничивая трассировку печатных цепей на других слоях. Изготовление МПП по схемам, представленным на рис. 1.22, обеспечивает наибольшую свободу в выборе месторасположения внутренних соединений и путей трассировки печатных проводников, следовательно, позволяет получить максимальную плотность межсоединений.

Технологический процесс изготовления МПП по этим вариантам, в тех случах усложняется, но, тем не менее, это оказывается оправданным, когда другие способы уплотнения монтажа приводят к еще большим технологическим трудностям.

Схема технологического процесса изготовления многослойных печатных плат методом металлизации сквозных отверстий показана на рис. 1.23.

Метод металлизации сквозных отверстий, по-существу единственный метод создания конструкций с наиболее оптимальной электрической структурой, обеспечивающей надежную передачу наносекундных импульсов и распределение питания между активными элементами. Такие конструкции МПП позволяют выполнить печатные цепи как полосковые линии передач и создают эффективное экранирование одной группы цепей от другой. Показанная для примера на рис. 1.24 типичная структура 8-слойной МПП содержит 4 сигнальных слоя и 2 слоя питания. Цепи сигнальных слоев имеют ортогональное расположение печатных проводников, т. е. преимущественное направление вдоль одной из осей координат: X или У. Слои питания представляют собой целиковую фольгу или металлическую сетку с освобождениями в местах сквозных металлизированных отверстий. В точках соединения металлизированного отверстия с цепью внутреннего слоя выполняют контактную площадку. Слои питания одновременно выполняют роль электрических экранов.

На рис. 1.25 для иллюстрации реальной структуры МПП показан фрагмент микрошлифа сквозного металлизированного отверстия.

Таким образом, наряду с высокой технологичностью МПП, изготовленные методом металлизации сквозных отверстий, имеют высокую плотность монтажа, большое количество вариантов трассировки печатных цепей, более короткие линии связей, возможность электрического экранирования, улучшение характеристик, связанное с устойчивостью к воздействию окружающей среды за счет расположения всех печатных проводников в массе монолитного диэлектрика, возможность увеличения числа слоев без существенного увеличения стоимости и длительности процесса.

Недостатком метода является относительно механически слабая связь металлизации отверстий с торцами контактных площадок внутренних слоев. Изготовление МПП этим методом осложнено проблемой точного совмещения печатных слоев из-за погрешностей фотошаблонов и деформаций базовых материалов в процессе изготовления внутренних слоев и прессованя. Особой тщательности требует подбор режимов прессования для обеспечения прочной адгезии пакета слоев, устойчивой к воздействию групповой пайки. И, наконец, впроцессе использования МПП возникаюттрудности, при внесении изменений в трассировку при ремонте плат.

МПП с микропереходами

Обоснование необходимости

Для МПП со сквозными отверстиями характерен недостаток, состоящий в необходимости разделения контактных площадок, окружающих отверстия, и контактных площадок для присоединения выводов компонентов. Это обусловлено утечкой припоя в сквозные отверстия, если контактные площадки, окружающие отверстия, используются для пайки.

На рис. L.26 показано, как меняются конструкции элементов присоединения, когда МПП изготавливаются с микропереходами.

МПП со скрытыми микропереходами на наружных слоях

Схема изготовления МПП со скрытыми микропереходами показана на рис. Можно увидеть, что в этой схеме есть подобие попарному прессованию. Отличие лишь в том, что металлизацию внешнего слоя защищают от осаждения, чтобы не создавать больших толщин меди на внешних слоях. Для этого отверстия в слое выполняют не сквозными, а глухими. Не трудно увидеть также, что высверлить глухое отверстие в тонком основании на заданную глубину, не порвав фольги, невозможно. Поэтому слой с микропереходами выполняют из фольгированного полиимида и отверстия вытравливают через перфорации фольги по местам, где должны быть отверстия.

Нужно сказать, что технология изготовления МПП со скрытыми микропереходами активно вытесняется методом послойного наращивания переходов на основание, изготовленное методом металлизации сквозных отверстий.

Комбинация методов металлизации сквозных отверстий и послойного наращивания

Необходимость в дальнейшей миниатюризации электронной аппаратуры (мобильные телефоны, цифровые фотоаппараты и видеокамеры, портативные охранные системы и т.п.) привела к созданию конструкций печатных плат с высокой плотностью межсоединений, что в международной документации называют HDI -HighDensityInterconnections. Схема этого метода представляет собой последовательность, состоящую из изготовления МПП, напрессовывания на нее последовательности слоев с микропереходами, как показано на рис. 1.28. Структуру таких плат обозначают количеством слоев МПП, изготавливаемых по классической технологии, и количеством послойно наращиваемых слоев с межслойными переходами. Например, структура «2 + 4 + 2» означает, что в качестве основы используется 4-слойная МПП, и на нее с двух сторон наращиваются по два слоя с микропереходами (см. рис. 1.22, г).

Гибкие печатные платы

Использование гибких диэлектрических материалов для изготовления печатных плат дает как разработчику, так и пользователю электронных устройств ряд уникальных возможностей. Это, прежде всего, — уменьшение размеров и веса конструкции, повышение эффективности сборки, повышение электрических характеристик, теплоотдачи и, в целом, надежности.

Если учесть основное свойство таких плат - динамическую гибкость — становится понятным все возрастающий объем применения таких плат в автомобилях, бытовой технике, медицине, в оборонной и аэрокосмической технике, компьютерах, в системах промышленного контроля и бортовых системах.

Гибкие печатные платы (ГПП) изготавливаются на полиимидной или лавсановой пленке и поэтому могут легко деформироваться, даже после формирования проводящего рисунка. Большая часть конструкций гибких ПП аналогична конструкциям печатных плат на жесткой основе.