Односторонние печатные платы

Типы печатных плат

Появление печатных плат (ПП) в их современном виде совпадает с началом использования полупроводниковых приборов в качестве элементной базы электроники. Переход на печатный монтаж даже на уровне одно- и двухсторонние плат стал в свое время важнейшим этапом в развитии конструирования и технологии электронной аппаратуры.

Разработка очередных поколений элементной базы (интегральная, затем функциональная микроэлектроника), ужесточение требований к электронным устройствам, потребовали развития техники печатного монтажа и привели к созданию многослойных печатных плат (МПП), появлению гибких, рельефных печатных плат.

Многообразие сфер применения электроники обусловило совместное существование различных типов печатных плат:

· Двухсторонние печатные платы

· Гибкие печатные платы

· Высокоплотная односторонняя печатная плата

Односторонние печатные платы

Односторонние платы по-прежнему составляют значительную долю выпускаемых в мире печатных плат. В предыдущем десятилетии в США они составляли около 70% объема выпуска плат в количественном исчислении, однако, лишь около 10 % в стоимостном исчислении. В Великобритании такие платы составляют около четверти от объема всего производства.

Маршрут изготовления односторонних плат традиционно включает сверление, фотолитографию, травление медной фольги, защиту поверхности и подготовку к пайке, разделение заготовок. Стоимость односторонних плат составляет 0,1 - 0,2 от стоимости двухсторонних плат, это делает их вполне конкурентными, особенно в сфере бытовой электроники. Отметим, однако, что для современных электронных устройств, даже бытового назначения, односторонние платы часто требуют контурного фрезерования, нанесения защитных маскирующих покрытий, их сборка ведется с посадкой кристаллов непосредственно на плату или поверхностным монтажом. Пример такой платы в сборе, используемой в цифровом спидометре - альтиметре горного велосипеда, показан справа.

Типовые параметры плат:

· Макс. размеры заготовки - 400 мм x 330 мм

· Минимальный диаметр отверстия - 0,6 мм

· Минимальная ширина проводника - 0,15 мм

· Минимальный зазор - 0,15 мм

· Толщина фольги - 36 мкм

· Толщина платы - 0,4 - 1,6 мм

 

Альтернативой фотохимическому способу изготовления односторонних плат является Субтрактивная технология

· Тентинг метод

· Технология формирования слоев методом ПАФОС

· Рельефные платы

 

 

Рассмотрим более подробно некоторые из них.

 

сверление отверстий в заготовке фольгированного диэлектрика

металлизация всей поверхности и стенок заготовки

нанесение пленочного фоторезиста

получение защитного рисунка в пленочном фоторезисте (экспонирование, проявление)

травление медной фольги в окнах фоторезиста

удаление защитного рисунка фоторезиста

Субтрактивная технология

 

Субтрактивная технология предусматривает травление медной фольги на поверхности диэлектрика по защитному изображению в фоторезисте или металлорезисте. Эта технология широко применяется при изготовлении односторонних и двусторонних слоев МПП.

Вариант этого процесса применительно к платам с уже металлизированными отверстиями называется тентинг-процессом и показан на рисунке. Пленочный фоторезист создает не только маскирующее покрытие на проводниках схемы, но и защитные завески над металлизированными отверстиями, предохраняющие их от воздействия травящего раствора.

В случае, если проявление и травление ведется струйными методами с повышенным давлением, толщина фоторезиста должна быть не менее 45-50 мкм. Для надежного тентинга диаметр контактной площадки должен в 1,4 раза превышать диаметр отверстия, а минимальный гарантийный поясок контактной площадки быть не менее 0, 1 мм.

Субтрактивный процесс с использованием металлорезиста позволяет получить платы с металлизированными переходами и проводниками шириной менее 125 мкм при их толщине до 50 мкм.

В отличие от предыдущего варианта, фоторезистивную защитную маску получают над теми местами фольги, которые необходимо удалить. Затем последовательно осаждают медь (20-40 мкм) и металлорезист (олово-свинец 9-12 мкм) на освобожденные от пленочного резиста участки платы и на стенки отверстий. После удаления фоторезиста незащищенные слои меди вытравливаются, после этого металлорезист удаляют.

Аддитивная технология

Аддитивные процессы позволяют уменьшить ширину проводников и зазоров до 50-100 мкм при толщине проводников 30-50 мкм. Один из перспективных вариантов реализации такого процесса с использованием электрохимического осаждения металлов (ПАФОС) показан на рисунке.
От субтрактивных процессов этот метод принципиально отличается тем, что металл проводников не вытравливают, а наносят. Проводящий рисунок создается на временных "носителях" - листах из нержавеющей стали, поверхность которых предварительное покрывается гальванически осажденной медной шиной толщиной 2-5 мкм.
На этих листах формируется защитный рельеф пленочного фоторезиста. Проводники получают гальваническим осаждением тонкого слоя никеля (2-3 мкм) и меди (30-50 мкм) во вскрытые в фоторезисте рельефы. Затем пленочный фоторезист удаляют и проводящий рисунок на всю толщину впрессовывают в диэлектрик.
Прессованный слой вместе с медной шиной механически отделяют от поверхности временных носителей. В слоях без межслойных переходов медная шина стравливается.

 

 

осаждение меди на поверхность носителя нанесение фоторезиста экспонирование проявление

осаждение никеля осаждение меди в окна фоторезиста снятие фоторезиста набор пакета носителей

прессование пакета механическое удаление носителей травление тонкого медного слоя

При изготовлении двухсторонних слоев с межслойными переходами перед травлением тонкой медной шины создают межслойные переходы посредством металлизации отверстий с контактными площадками (рис. 3). Проводящий рисунок, утопленный в диэлектрик и сверху защищенный слоем никеля, не подвергается травлению при удалении медной шины. Поэтому форма, размеры и точность проводящего рисунка определяется рисунком рельефа в пленочном фоторезисте, то есть процессами фотолитографии.

Дальнейшее повышение плотности монтажа методом ПАФОС и уменьшение ширины проводников до 50 мкм и менее возможно при использовании лазерных методов формирования рисунка непосредственно в диэлектрике. Наиболее подходят для этого углекислотные лазеры, лучи которых могут быть сфокусированы до 35-40 мкм.

Отметим в заключение, что метод ПАФОС, основанный на прецизионной фотолитографии и лазерном экспонировании является ярким примером того, как на новом витке развития производства оказалась востребованной "древняя" технология изготовления ПП методом переноса [3]. Ведь при описании разновидности этого метода, основанной на общепринятой 30 лет назад трафаретной печати, уничижительно отмечалось, что "...она еще находит применение в промышленности".