Технологии и методы производства печатных плат

03.04.15

Печатная плата – основа всех современных электронных устройств

За славой и известностью суперсовременных и мощных гаджетов и роботов скромно стоит скрытая с глаз основа всех устройств — печатная плата. Оставаясь внешне незамеченной, она, тем не менее, обеспечивает бесперебойную и эффективную работу электроники.

Развитие технологий производства печатных плат не прекращается с момента их изобретения. Все силы и старания производителей сегодня направлены на миниатюризацию электронных устройств, обеспечение их надежности и функциональности. Среди основных путей решения этих задач — новые подходы к монтажу и сборке плат, использование прогрессивных способов обработки материалов, уплотнение топологического рисунка плат и повышение качества их соединений.

Около 50% плат в мире изготавливаются в Китае

Китайские производители — одни из главных мировых игроков в этом непрерывном процессе совершенствования. В последнее десятилетие они уверенно покоряют международные рынки, создавая серьезную конкуренцию маститым зарубежным компаниям. Огромные производственные мощности Китая предлагают сегодня любые партии и виды печатных плат простых и высокого класса точности, наращивая объемы с потрясающей скоростью.

Этому способствует немало факторов, но прежде всего — следующее:

• удобное сосредоточение предприятий в специализированных промышленных зонах,

• оснащение высокопроизводительным, современным импортным и китайским оборудованием,

• отлаженная система работы с персоналом (тут нужно также отметить ответственность, исполнительность и дисциплинированность китайцев),

• развитая схема специализации и распределения труда между предприятиями,

• функциональная логистическая система.

И, конечно же, доступные всегда и в любом количестве китайские материалы для изготовления печатных плат по оптимальной стоимости.

Политика бизнеса в Китае построена так, что реакция на потребности заказчиков оказывается практически молниеносной, а внесение изменений и корректировок или проведение экспериментальных разработок и испытаний никогда не вызывают шаблонных отговорок и отказов. 

Исходя из собственного многолетнего опыта сотрудничества с китайскими предприятиями, мы можем отметить, что время выхода качественной продукции на рынок сокращается по максимуму. 

Наши постоянные клиенты — лучшее тому подтверждение.

Разные платы — разные подходы

Современные методы изготовления печатных плат ориентированы на высокотехнологичные многослойные системы с элементами и соединениями наименьших размеров, трехмерными структурами межсоединений, высокой скоростью передачи сигналов и т. д. Эти сложные многоэтапные процессы, имеющие свои особенности и специфику в зависимости от видов печатных плат, объединены в две группы:

Суть аддитивного метода состоит в нанесении токопроводящего рисунка на нефольгированную поверхность диэлектрика меднением химическим или химико-гальваническим способом через защитную маску.

Субтрактивный, собственно традиционный метод изготовления ПП, представляет собой процесс вытравливания токопроводящих дорожек с фольгированного медью диэлектрика.

Существует также комбинированный (полуаддитивный) метод, совмещающий принципы классических методов.

Выбор оптимальной технологии производства печатных плат обусловлен эксплуатационными требованиями, назначением, техническими условиями использования, а также экономической целесообразностью.

Двух- и односторонние печатные платы

Наиболее распространенные одно- и двухсторонние печатные платы (ОПП и ДПП) чаще всего используются в бытовой, измерительной технике, блоках питания, устройствах связи и автоматики и т. д. Их производство основано на применении двух классичесских методов — химического субтрактивного и полуаддитивного.

Односторонние платы считаются самыми примитивными и наименее функциональными. Их конструкция базируется на недорогом и хорошо обрабатываемом материале — гетинаксе. Рисунок проводников наносится трафаретным способом, что обеспечивает абсолютную идентичность серийных изделий. 

В случае с платами с высоким разрешением рисунка используется фотопечать для достижения нужного качества и точности. Процесс формирования отверстий в ОПП, в т. ч. и полосковых печатных платах, большей частью автоматизирован и выполняется штамповкой или сверлением.

На ДПП рисунок формируется фотолитографией. Сквозные отверстия, обеспечивающие электрическую связь слоев, могут металлизироваться осаждением меди или, реже, серебрением. Защитная паяльная маска на поверхности токопроводящего рисунка и финишное покрытие предотвращают вредные внешние воздействия и растекание припоя, а также улучшают пайку.

Многослойные платы

Обеспечивают стабильную работу сложной измерительной техники, мультимедийных устройств, бортовых систем управления, устройств автоматики и вычислительной техники.

Структура МПП из чередующихся нескольких слоев токопроводящих рисунков и диэлектриков создается методами послойного наращивания, попарного прессования, через металлизированные сквозные переходные отверстия или комбинированием этих методов. 

Объединяет их всеобщая цель — создание монолитной и надежной конструкции.

Послойное наращивание подразумевает формирование соединений слоев, изготовленных химическим субтрактивным методом, за счет гальванических медных покрытий отверстий изоляционного слоя.

При попарном прессовании ядра, произведенные полуаддитивным методом с металлизацией отверстий, соединяются попарно, как при производстве ДПП. Метод очень распространен благодаря простоте и скорости выполнения, минимальному количеству брака и низкой себестоимости.

Производство МПП металлизацией отверстий отличается от попарного прессования отсутствием межслойных микропереходов. Соединение ядер и контактных площадок подготовленных спрессованных заготовок обеспечивается медным покрытием внутренних поверхностей сквозных отверстий. 

Способ эффективен, когда необходимо распределить питание между элементами платы и получить качественную передачу наносекундных импульсов.

Гибко-жёсткие печатные платы

Удачная комбинация свойств гибких и жестких плат обеспечивает в многослойных структурах надежные трехмерные соединения без проводового монтажа. 

Сложные спрессованные структуры гибко-жёстких печатных плат могут содержать десятки слоев. 

Аналогично гибким печатным кабелям, они считаются хорошей альтернативой плоским ленточным проводам. Монтаж конструкций ощутимо упрощается за счет отсутствия необходимости применение разъемов.
Основой гибких слоев в ГЖП служат легко деформируемые полиимидные и полиэфирные материалы. Электронные компоненты плат монтируются только на жесткие слои.

Печатные платы на металлическом основании

Основой односторонних или многослойных теплопроводящих плат служит доступный по стоимости и приемлемый по свойствам алюминий. 

Медь из-за высокой цены используется с этой целью реже. 

Если необходимо получить прочные конструкции, применяется нержавеющая сталь. 

Роль диэлектриков отводится препрегам, полиимиду, теплопроводящим композитным материалам.

Технология нанесения топологической схемы аналогична односторонним и двухсторонним ПП и выполняется субтрактивным или тентинг-методом. Принцип изготовления самих плат практически не имеет отличий от способа прессования многослойных конструкций.

Высокочастотные платы

Основа 2-сторонних и многослойных ВЧ плат — фторопластовые или углеводородные керамические пластины. 

Производство основано на полуаддитивном методе, как при изготовлении обычных двухслойных плат. 

Так удается получать токопроводящие рисунки высокой точности. 

Для изделий попроще используется тентинг-метод, основанный на принципах металлизации.

В ВЧ многослойных печатных платах из фторопласта и керамики выполняются только внешние слои, для остальных пластин используются стеклоэпоксидные материалы. 

Запрессовывание проводников в диэлектрик улучшает их адгезионные свойства. 

Можно с уверенностью предположить, что в ближайшем будущем спрос коммерческого рынка, промышленности и потребительского сектора на ПП будет расти еще более ускоренными темпами. Существенно повысятся и требования к точности, качеству, размерам ПП, а, значит, методы изготовления печатных плат просто обязаны будут соответствовать высокой планке.