Учебное пособие по изготовлению гибких печатных плат

Фольга на основе сплавов железа

В приложениях, где требуется низкая теплопроводность, показали свою эффективность различные сплавы железа (нержавеющая сталь, сплав Iconel и пр.). Самым ярким примером служит выполнение межсоединений приборов в криогенных устройствах. Однако, как отмечалось выше, эту функцию также могут выполнять очень тонкие напыляемые пленки металлов с большей проводимостью при условии, что электрические токи не слишком велики.

Для наглядности различия свойств фольги из различных металлов показаны в таблице 5.

Таблица. 5. Сравнение некоторых свойств фольги из различных металлов

Примечание.* Полный отжиг. ** Термообработка до максимальной твердости.

Гибкие печатные платы

Гибкая печатная плата

Гибкие печатные платы – это не что иное, как инновация. Они позволили разработать гибкие схемы, которые можно сгибать и даже складывать на 360 градусов.

Как и другие типы печатных плат, гибкие платы также состоят из подложки и проводящих слоев.

Но в этом случае подложка представляет собой гибкий материал, имеющий сравнительно меньшую толщину.

Гибкие печатные платы имеют меньший вес и занимают меньше места по сравнению с жесткими печатными платами.

Это потому, что они разработаны и размещены в трехмерных плоскостях, а их материал меньше весит.

Хотя гибкие печатные платы выглядят очень чувствительными, они прочны и очень функциональны.

Обычно они используются в гаджетах, датчиках и частях роботов, а также в подвижных частях электроники.

Гибкие печатные платы также используются в оборудовании, которое совсем не двигается, но конструкция имеет определенные изгибы или требует гибкой сборки схемы, которая может поместиться в небольших помещениях.

Кроме того, гибкие печатные платы используются в устройствах, которые работают в туфовой среде, особенно в тех, которые подвержены механическим нагрузкам.

Единственный недостаток гибких печатных плат – дороговизна их разработки.

В отличие от жестких печатных плат разработка гибких печатных плат стоит дорого, если они не разрабатываются в больших количествах.

Кроме того, изготовление гибких печатных плат непросто; это возможно только на современном оборудовании.

Гибкие платы со встроенными резисторами

В уникальном методе конструирования гибких плат со встроенными пассивными компонентами, такими как резисторы, применяется особым образом изготовленная фольга, которую поставляет компания Ohmega Industries (Калвер Сити, Калифорния, США). Эта фольга представляет собой комбинацию резистивных и проводящих слоев.

Хотя этот материал и не очень хорошо приспособлен для изделий высокой мощности, его можно эффективно использовать для согласующих резисторов. Это помогает снизить как сложность сборки, так и вес изделия. На рис. 6 показано сечение отдельного резистора, выполненного из этого материала.

Также возможно применение и других методов, например напыления. При этом выполняется последовательное напыление резистивных и проводящих слоев с последующей обработкой, подобной той, которая применяется для фольги. В любом случае, следует избегать использования резистивных материалов в областях сгибания, поскольку это может привести к разрушению резистора при эксплуатации.

Рис. 6. Последовательность операций при изготовлении встроенного резистора

Гибкие пленочные базовые материалы

Для производства гибких печатных плат применяется большое разнообразие материалов. Среди них:

• фторополимерные пленки, такие как Teflon;
• нетканый материал на основе арамидного волокна и ткани, такой как Nomex;
• формуемые композитные материалы, такие как Bend/Flex;
• различные гибкие композитные материалы на основе эпоксидов;
• термопластичные пленки, такие как полиэтилен, поливинилхлорид, поливинилфто-рид и полиэфиримид.

Все эти пленки и тонкие композитные материалы использовались для изготовления гибких плат, и многие из них продолжают применять в определенных задачах. Стоимость этих материалов может варьироваться в широких пределах (рис. 2).

Рис. 2. Ориентировочное сравнение относительной стоимости фольгированных диэлектриков гибких плат

В настоящее время среди базовых материалов гибких плат наибольшей популярностью пользуются и чаще всего закладываются в конструкции полиэфирные пленки (PET) и по-лиимид (PI). Какие пленки следует применять, можно определить, если учитывать сочетание экономических требований, требования к готовому изделию, температуру групповой пайки, а также требования законодательства ЕС в области бессвинцовых технологий, распространяющиеся на массовую бытовую аппаратуру для рынка Европы.

В современных решениях могут преобладать полиимид и полиэфир, но существуют и альтернативные пленочные технологии, применение которых по ряду веских причин может расти. Например, полиэтиленнафталат (PEN) выглядит привлекательным промежуточным решением между полиэфиром и полиимидом с точки зрения стоимости и функциональных характеристик.

Еще один материал, интерес к которому растет по мере перехода промышленности на выпуск более высокоскоростной цифровой электроники, — жидкокристаллический полимер (LCP). Этот материал обладает рядом привлекательных физических и электрических

характеристик. Например, жидкокристаллические полимеры по своей природе отличаются низким влагопоглощением (0,02-0,1%), что делает необязательной сушку, которая обычно является частью производственного процесса при использовании обладающего большей гигроскопичностью полиимида.

Низкое влагопо-глощение также имеет большую важность при обеспечении низких потерь сигнала. Обладая значением тангенса угла потерь, равным 0,003, а диэлектрической проницаемостью около 2,9, жидкокристаллические полимеры очень привлекательны для высокой частоты.

Другой особенностью этих материалов является то, что они могут подвергаться химическому травлению — особенность, которая роднит их с полиимидом. Эта возможность создает им преимущество при использовании как в экзотических, так и в достаточно традиционных конструкциях.

Удовлетворить потребности будущего в применении гибких печатных плат потенциально могут материалы еще одного типа — тонкие фторполимерные фольгиро-ванные диэлектрики. Хотя материалы на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ, или PTFE) не всегда хорошо подходят для динамических конструкций, они могут найти применение там, где требуются малые потери и низкое значение диэлектрической проницаемости.

Типичные значения тангенса угла потерь для политетрафторэтилена существенно ниже 0,001, а диэлектрическая проницаемость обычно находится в диапазоне 2-2,4 (чистый ПТФЭ имеет уникально низкую проницаемость, близкую к 1,8). Производная политетрафторэтилена — фторэтилен-пропилен (ФЭП, или FEP) — имеет намного меньшую температуру размягчения: 288 °C против 338 °C у политетрафторэтилена.

В таблице 1 приведено сравнение основных свойств полиимидных и полиэфирных оснований с точки зрения их применения в конструкциях гибких плат.

Таблица. 1. Общая сравнительная характеристика полиэфирных и полиимидных пленок

В таблице 2 дается более подробная информация по некоторым физическим и электрическим характеристикам более широкой группы базовых материалов гибких печатных плат. Список материалов, приведенных в таблице, ограничен, поскольку потенциально можно применять множество других материалов.

Таблица. 2. Сравнение некоторых свойств гибких базовых материалов

Другие варианты тонкой меди

Результатом непрекращающегося стремления к уменьшению размеров электронных изделий и систем стала потребность в более тонкой медной фольге для выполнения проводников и элементов рисунка меньших размеров. Производство более тонкой медной фольги, которая могла бы удовлетворять требования к гибким платам, — очень сложная задача.

Хотелось бы, чтобы фольга не содержала пор и имела хорошую адгезию, что очень важно для надежного производства и эксплуатации изделий. Для удовлетворения этих требований некоторые поставщики фольги и материалов разработали и применили ряд новых усовершенствованных методов.

Как отмечалось выше, традиционная катаная и затем отожженная фольга получила признание поставщиков и пользователей материалов гибких плат, однако прокатка медной фольги до толщины менее 17 мкм хотя и возможна, но обычно дорога. Чтобы продлить жизнь этому методу, такие поставщики фольги, как Somers, подразделение компании Olin Corporation, разработали технологию, позволяющую присоединять к гибким пленкам медную фольгу толщиной 3 и 5 мкм.

«Фокус» заключался в том, что тонкая фольга формируется на носителе из катаной медной фольги обычной толщины (35 мкм). Материал обладает равномерной толщиной и не содержит пор. Обычную для медной фольги обработку, улучшающую адгезию, для гибких плат желательно проводить на небольшую глубину.

В новой медной фольге компании Olin применяется запатентованный неорганический разделительный слой между носителем из катаной фольги и тонкой медной фольгой. Сила, необходимая для снятия несущей фольги после нанесения на базовый материал, как утверждается, очень мала (около 1-2 г/см) даже после процесса прессования.

Компании Gould и Oak Mitsui предлагают подобную ультратонкую медную фольгу на носителях из фольги, предназначенную для плат с очень малой шириной проводников и небольшими размерами элементов рисунка.

Последний вариант — безадгезивный гибкий материал с медным фольгированием без промежуточного слоя от компании Fractal. Обойтись без промежуточного слоя удалось благодаря новаторской технологии микромеханических соединений, результирующая прочность на отрыв которых достигает впечатляющих значений: 2-2,5 кг/см (рис. 5).

Рис. 5. Вид сверху платы с вытравленными тонкими проводниками (сверху наложено многократно увеличенное изображение медной фольги со снятым полимером, показывающее уникальную микромеханическую структуру, предназначенную для увеличения прочности на отрыв)

Как утверждается, в производственном процессе применяется необычная технология, в которой полимерные пленки облучаются тяжелыми высокоэнергетическими ионами, затем материал из облученных участков удаляется химическим способом, подобным «проявлению», после чего производится металлизация.

Микрофотографии позволяют сравнить эту технологию подготовки поверхности с традиционной обработкой. В результате предлагаются одно- и двусторонние медно-полиимидные фольгированные диэлектрики для гибких плат с толщиной фольги от 5 до 18 мкм. При такой высокой прочности на отрыв эти материалы могут хорошо переносить жесткие условия электроосаждения золота.

Подводя итог, заметим, что потребность в гибких платах высокой плотности подталкивает зарубежных производителей фольги к разработке новых оригинальных решений. Эти решения позволяют изготавливать современную продукцию и подготавливают почву для новых перспективных поколений изделий.

Жесткие гибкие печатные платы

Печатная плата Flex-Rigid

Жесткие гибкие печатные платы представляют собой гибридную версию жестких печатных плат и гибких печатных плат.

Они разработаны как с гибкими, так и с жесткими частями, что придает им характеристики как жестких, так и гибких печатных плат.

Они широко используются в приложениях, где для схемы требуется прочная сборка, но между сегментами схемы требуются гибкие соединения.

Конструкция жестко-гибких печатных плат не отличается от жестких и гибких печатных плат.

Гибкая часть сделана так же, как гибкие печатные платы, а структура жесткой части сделана как жесткие печатные платы.

Однако связь между обеими частями сложна; они соединяются сквозными отверстиями.

Самым значительным преимуществом жестко-гибких печатных плат является их способность как изгибаться, так и обеспечивать надежную сборку компонентов.

Они широко используются в чувствительных электронных устройствах. Жесткие и гибкие печатные платы могут выполнять функции как жестких, так и гибких печатных плат.

Однако, поскольку жестко-гибкие печатные платы состоят как из гибких, так и из жестких частей, их производство сложнее, чем жесткие печатные платы и гибкие печатные платы.

Как выбрать подходящую печатную плату?

При выборе подходящей печатной платы разработчики учитывают определенные факторы, такие как размер конструкции, механическую прочность, гибкость, вес, тепло и стоимость.

Тип печатной платы выбирается в зависимости от схемы и среды, в которой печатная плата должна работать.

Например, сложные схемы, которые невозможно собрать на короткой печатной плате и которые необходимо согнуть, можно построить на многослойных гибких печатных платах.

Точно так же для схем, требующих прочного и легкого основания и чрезмерно выделяющих тепло, наиболее подходят алюминиевые печатные платы.

Однако для высокочастотных цепей с прочным основанием лучше всего подходят высокочастотные жесткие платы.

Вот как конструкция схемы существенно влияет на выбор печатной платы.

Важно понимать, что помимо технических аспектов электроники, проектировщики должны учитывать стоимость и осуществимость.

Например, гибкие печатные платы дороги, а их разработка сложна по сравнению с жесткими платами.

Но в некоторых случаях гибкие доски являются более подходящим вариантом, поскольку они легкие и могут поместиться в небольших помещениях, уменьшая общий размер продукта. В таких случаях более подходящим вариантом являются гибкие печатные платы.

Очевидно, что все типы печатных плат и процесс их выбора играют важную роль в надежности и долговечности электроники.

Материалы для плат с повышенной теплоотдачей

Платы с металлическим основанием находят широкое применение в устройствах с мощными светодиодами, источниках питания, преобразователях тока, модулях управления двигателями.

Основанием платы служит металлическая пластина. В зависимости от требуемых характеристик выбирается материал. Наиболее часто используются алюминиевые сплавы:

• 1100 (отечественный аналог сплав АД) — из-за небольшого количества примесей материал обладает хорошей теплопроводностью (220 W/mK), пластичен, недостатками являются: невысокая механическая прочность и вязкость, что затрудняет механическую обработку контура печатных плат;
• 5052 (отечественный аналог сплав АМг2.5) — наиболее употребительны, несмотря на относительно не очень высокую теплопроводность (порядка 140 W/mK), хорошо обрабатываются, относительно дешевы;
• 6061 (отечественный аналог сплав АДЗЗ) — применяется, когда требуется повышенная коррозионная стойкость, помимо этого обладает повышенной механической прочностью. К недостаткам можно отнести более высокую цену по сравнению с вышеперечисленными сплавами.

В случаях, когда требуется очень высокая теплопроводность, в качестве металлического основания используется медь. Теплопроводность меди 390 W/mK, к недостаткам можно отнести высокую стоимость и затрудненность механической обработки фрезерованием вследствие высокой вязкости.

Материалы для свч печатных плат

При производстве СВЧ печатных плат применяются специальные диэлектрические материалы, характеризующиеся повышенной (в сравнении со стандартным FR4) стабильностью величины диэлектрической проницаемости и низкими потерями в широком диапазоне рабочих частот (от единиц МГц до десятков ГГц).

Спектр материалов для производства СВЧ печатных плат весьма широк: в качестве диэлектрика, как в чистом виде, так и в различных комбинациях (для придания необходимых характеристик, например термостабильности) применяют различные полимеры, керамику. В основном, диэлектрик армируется стекловолокном (различного плетения, что так же влияет на результирующие параметры материала).

Многослойные конструкции СВЧ печатных плат выполняют как с применением только специализированных материалов, так и с применением стандартных материалов FR4. Например, с целью снижения стоимости, СВЧ диэлектрик используют только для разделения одного или двух внешних сигнальных слоёв, а для остальных — используют обычный FR4 (такие конструкции МПП называются гибридными).

Материалы для стандартных односторонних, двусторонних и многослойных печатных плат

Фольгированный стеклотекстолит FR4 с температурой стеклования 135ºС, 150ºС и 170ºС является наиболее распространенным материалом для производства односторонних и двухсторонних печатных плат. Толщина стеклотекстолита обычно варьируется от 0,5 до 3,0 мм.

Достоинства FR4: хорошие диэлектрические свойства, стабильность характеристик и размеров, высокая устойчивость к воздействию неблагоприятных климатических условий.

Во многих случаях, где требуются достаточно простые печатные платы (при производстве бытовой аппаратуры, различных датчиков, некоторых комплектующих к автомобилям и т.п.) превосходные свойства стеклотекстолита оказываются избыточными, и на первый план выходят показатели технологичности и стоимости. В таких случаях обычно используют следующие материалы:

• XPC, FR1, FR2 — фольгированные гетинаксы (основа из целлюлозной бумаги, пропитанной фенольной смолой), широко применяется при изготовлении печатных плат для бытовой электроники, аудио-, видео техники, в автомобилестроении (расположены в порядке возрастания показателей свойств, и, соответственно, цены). Прекрасно штампуются.
• CEM-1 — ламинат на основе композиции целлюлозной бумаги и стеклоткани с эпоксидной смолой. Прекрасно штампуется.

Медная фольга

Медная фольга используется в подавляющем большинстве всех решений на основе гибких плат. Существует много типов медной фольги. Стандарт IPC на металлическую фольгу IPC-4562 (заменивший IPC-MF-150) определяет восемь различных типов медной фольги для печатных плат, объединенных в две более крупные категории — электроосажденную и катаную фольгу, по четыре типа в каждой (табл. 4).

Таблица. 4. Сводная таблица современной классификации медной фольги

Рис. 3. Поперечное сечение и вид сверху фольги с низким профилем шероховатости

Многослойные печатные платы

Многослойная печатная плата

Как следует из названия, многослойные печатные платы состоят из нескольких слоев.

Как и двухслойные печатные платы, они имеют более одного слоя меди, но и более одного слоя подложки.

Многослойные печатные платы обычно имеют от 3 до 14 слоев в зависимости от схемы. Слои связаны между собой так же, как в двухслойных печатных платах.

Как однослойные, так и многослойные печатные платы, слои паяльной маски и шелкографии наносятся на многослойные печатные платы.

Многослойные печатные платы чаще всего используются для сборки огромных схем, которые требуют много места или требуют нескольких переходов между схемами.

Поскольку многослойные печатные платы предоставляют гораздо больше места для схем, чем однослойные и двухслойные печатные платы, они наиболее полезны для разработки сложных схем.

Но его способность удерживать огромные цепи имеет недостаток; Изготовление многослойной печатной платы довольно сложно. Небольшая ошибка в одном слое может испортить всю доску.

Жесткие печатные платы являются наиболее часто используемым типом в электронике.

Они твердые и плохо изгибаются, поэтому их называют жесткими печатными платами.

Как уже объяснялось, одинарный, двойной и многослойный – это всего лишь количество слоев, и они могут присутствовать во всех типах печатных плат; жесткие печатные платы могут быть однослойными, двухслойными или многослойными.

Однослойные жесткие печатные платы широко используются в малогабаритных электронных устройствах, схемы которых просты и не требуют много места.

Жесткость этих печатных плат обусловлена ​​их подложкой.

Подложки на основе стекловолокна и смол широко используются для разработки жестких печатных плат.

Их жесткость дает им отличную прочность для удержания тяжелых компонентов.

Более того, жесткие печатные платы больше подходят для сборки сквозных компонентов, чем гибкие печатные платы.

Однако у жестких печатных плат есть свои ограничения; их жесткое поведение может вызвать поломку доски при нагрузке; их нельзя использовать в изделиях, подверженных сильной вибрации.

Кроме того, жесткие печатные платы не могут изгибаться, поэтому их нельзя использовать в корпусах продуктов, которые требуют изгиба печатной платы по изгибам.

Напыляемые медные пленки

Еще один подход к нанесению тонкой меди на гибкие диэлектрики — напыление или осаждение из газовой фазы металлов-затравок с последующим гальваническим наращиванием. Этот метод применялся в течение приблизительно двух десятилетий, но только в последние годы привлек к себе внимание из-за необходимости выполнения более плотного рисунка с малыми элементами межсоединений. Одной из давних проблем этого метода было получение фольги с отсутствием пор и достаточно высокой прочностью на отрыв.

Напыляемая медь дает очень тонкую (обычно менее 1 мкм) медную пленку, которую наносят на подслой тонкого, усиливающего адгезию слоя никеля, хрома, нихрома. Тонкая напыляемая медная пленка служит подслоем для последующего гальванического осаждения.

Такие пленки особенно хорошо подходят для производства плат с очень малыми элементами проводящего рисунка и некоторых нестандартных конструкций. Например, тонкая медная пленка — отличное решение для криогенных приложений, где удельная электропроводность тонкой пленки достаточна, а теплопроводность сравнительно невелика.

Помимо таких экзотических приложений при хорошей управляемости процесса металлизации напыляемые медные пленки оказываются вполне пригодными для динамических конструкций с высокой циклической долговечностью, например для дисководов.

Платы высокочастотные печатные

Печатная плата высокой частоты

Высокочастотные печатные платы относятся к жестким печатным платам и гибким печатным платам, которые разработаны для высокочастотных схем.

Высокочастотные печатные платы с точки зрения материала обычно такие же, как жесткие и гибкие печатные платы; их конструкция и разработка различаются.

Высокочастотные печатные платы представляют собой армированный стекловолокном ламинат FR4, смолу на основе полифениленоксида (PPO) и тефлон.

Конструкция высокочастотных плат отличается, поскольку на высоких частотах сигналы ведут себя по-разному, а высокочастотные схемы не могут нормально работать на обычных платах.

Диэлектрическая проницаемость высокочастотных печатных плат существенно влияет на их характеристики; чем меньше диэлектрическая проницаемость, тем выше сила сигнала.

Кроме того, в отличие от обычных цепей, высокочастотные цепи подвержены паразитным сигналам, поэтому высокочастотные печатные платы часто заземляются с помощью переходных отверстий.

Очевидно, что выбор материала и проектирование схем для высокочастотных печатных плат намного сложнее, чем для обычных печатных плат.

Большинство высокочастотных печатных плат предназначены для схем, работающих на частотах выше 500 МГц.

Эти печатные платы широко используются в приложениях беспроводной связи. Однако проектирование и разработка высокочастотных печатных плат требует гораздо большего количества факторов, чем обычные.

Полиэфирные склеивающие пленки

Полиэфирные пленки обычно используются вместе с полиэфирными фольгированными диэлектриками, однако в некоторых задачах они применяются и с другими материалами. Основные достоинства полиэфирных пленок — их низкая стоимость и низкие температуры процесса соединения. Но существует и недостаток: полиэфирные пленки имеют низкую нагревостойкость, что ограничивает их применение.

Еще один недостаток заключается в том, что текучесть полиэфирных пленок в процессе прессования слоев бывает настолько высокой, а соединение — относительно непрочным, что это создает значительное ограничение для их использования. Несмотря на это, полиэфирные пленки пригодны для многих задач, не связанных с обеспечением высокой нагревостойкости.

Акриловые склеивающие пленки В производстве гибких плат акриловые пленки использовались наиболее широко. Их часто предпочитали для изготовления многих полиимидных фольгированных диэлектриков из-за их отличной адгезии и простоты применения. Акриловые пленки обладают хорошим балансом приемлемых тепловых характеристик (способности выдерживать температуру пайки), простоты применения и природной способности образовывать достаточно прочные соединения со множеством различных материалов.

Обратная сторона медали — склонность акриловых пленок к разбуханию в рабочих растворах горячих щелочей, которые широко используются во многих линиях химической и гальванической металлизации печатных плат. Помимо этого, они имеют высокий ТКР, поэтому в многослойных и гибко-жестких конструкциях они становились основной причиной образования трещин в металлизации сквозных отверстий из-за избыточного расширения по оси Z.

Эпоксидные и модифицированные эпоксидные склеивающие материалы Эпоксидные клеи — одни из самых часто применяемых адгезивов в мире, так что неудивительно, что они нашли свое применение и в гибких платах. Эпоксидные клеи и их модифицированные варианты представляют собой практически универсальные адгезивы, способные создавать соединения со множеством различных материалов, включая металлы, керамику и полимеры.

Эпоксидные клеи обладают хорошими высокотемпературными свойствами и обеспечивают лучшие значения прочности на отрыв после термоудара, имитирующего процессы пайки.

Отрицательный момент их использования — то, что по своей природе эпоксидные клеи более хрупкие, чем некоторые альтернативные варианты. Однако эта проблема успешно устраняется модификацией состава материала за счет введения пластификаторов. Эпоксидные клеи также склонны к поглощению влаги, поэтому при использовании в производстве они требуют несколько большего внимания.

Склеивающие пленки для гибких плат

Склеивающие пленки для гибких плат используются либо для приклеивания металлической фольги к базовому материалу при изготовлении фольгированного диэлектрика, либо для прессования фольгированных слоев в многослойные структуры. Обычно склеивающие пленки подбирают тщательно, чтобы обеспечить наилучшее сочетание характеристик фольгированного материала.

Ниже приводится краткое описание основных свойств склеивающих пленок, которые чаще всего применяются для гибких плат. В таблице 3 приведено сравнение их основных свойств.

Таблица. 3. Сравнение некоторых свойств склеивающих пленок

Примечание. * Полиэфир не пригоден для пайки. Исходное значение прочности на отрыв для полиэфирных пленок составляет 0,9 Н/мм.

Специальные безадгезивные конструкции

Как было отмечено ранее при описании фоль-гированных диэлектриков, существует их особая категория, называемая безадгезивными фольги-рованными диэлектриками. Для изготовления этих базовых материалов применяется несколько способов. Один из них состоит в нанесении на пленку основания тонкого слоя-затравки и формирования медной или другой металлической фольги непосредственно на основании путем металлизации.

Для очистки поверхности перед металлизацией полимер предварительно обрабатывается в насыщенной кислородом плазме. Затем производится напыление очень тонкого (порядка 200 А) промежуточного металлического слоя, такого как никель-хром, предшествующего напылению более толстого слоя-затравки на основе меди толщиной около 2000 А (0,2 мкм). Затем с помощью гальванического осаждения медь наращивается до требуемой толщины (например, до 2-5 мкм).

Можно создать безадгезивные фольгирован-ные диэлектрики и с помощью альтернативного подхода: нанесения полимера методом полива непосредственно на фольгу-носитель.

Безадгезивные многослойные материалы имеют особые преимущества, когда возможно воздействие высоких температур, а также там, где важна толщина изделия. Другим преимуществом является то, что эти материалы позволяют создавать очень мелкие элементы рисунка платы.

Эти материалы также обладают особыми преимуществами при производстве сверхнадежных многослойных и гибко-жестких структур. Эти преимущества обусловлены тем, что такие пленочные базовые материалы, как полиимид, обладают значительно меньшим ТКР по оси Z, чем большинство других диэлектриков.

Хотя в настоящее время эти материалы дороже традиционных фольгированных диэлектриков, для решения вышеперечисленных задач их выбор обуславливается значительными преимуществами.

Технология производства гибко-жестких печатных плат

Типы печатных плат

Печатные платы бывают нескольких типов, и все они изготовлены из уникальных материалов.

Большинство производителей классифицируют однослойные, двухслойные и многослойные печатные платы по типам печатных плат.

Но важно понимать, что однослойный, двухслойный и многослойный соответствует только количеству слоев; они присутствуют практически во всех типах досок.

Например, бывают однослойные, двухслойные и многослойные гибкие доски.

Однако для простоты понимания однослойные, двухслойные и многослойные категории часто классифицируются как независимые типы.

Точно так же высокочастотные печатные платы могут быть печатными платами любого типа, такими как жесткие или гибкие; единственная разница заключается в процессах разработки и дизайна печатных плат.

Теперь давайте подробно рассмотрим все типы печатных плат.

Однослойные печатные платы также известны как односторонние печатные платы. Это наиболее распространенный вид печатных плат.

Как следует из названия, только одна сторона однослойной печатной платы предназначена для размещения схемы.

Однослойные печатные платы состоят из слоя подложки, который образует основу платы, а второй слой представляет собой проводящий слой, обычно сделанный из меди.

Следы схемы изготовлены из слоя меди, а схема припаяна к слою меди.

Эти два слоя являются строительными блоками однослойной печатной платы; однако на печатную плату наносится больше слоев.

После нанесения на плату проектной трассы печатной платы наносится слой шелкографии для маркировки значений компонентов, комментариев производителя и важных деталей.

Шелкография не играет роли в функциональности печатной платы, но держит разработчика в курсе дизайна.

Затем идет слой паяльной маски, который наносится на плату после пайки компонентов.

Единственная функция этого слоя – защитить припой от окисления (коррозии) и потенциальных загрязнителей, которые могут повлиять на цепь.

Поскольку однослойные печатные платы просты, легки в производстве и экономичны при массовом производстве, они обычно используются в простых электронных продуктах.

Они в основном используются для сборки компонентов со сквозным отверстием, но они также используются для устройств поверхностного монтажа.

Разница в стоимости изготовления значительна по сравнению с другими типами плит; однослойные печатные платы сравнительно экономичны.

Но и у этих печатных плат есть некоторые ограничения.

Однослойные печатные платы применимы не во всех случаях; они не могут вместить огромные схемы в компактном пространстве, такие как двухслойные или многослойные печатные платы.

Двухслойные печатные платы могут содержать схемы с обеих сторон, что делает их более полезными в сложных схемах.

Основное различие в конструкции однослойных и двухслойных печатных плат – это количество слоев на плате.

Имеется только один слой подложки, но два проводящих слоя, электронные компоненты могут быть собраны с обеих сторон.

Это позволяет разрабатывать сложные схемы на меньшем участке печатной платы.

Более того, соединение между двумя сторонами печатной платы соединяет компоненты с обеих сторон без каких-либо скачков.

Поскольку двухслойные печатные платы могут содержать большие схемы, они также широко используются.

Подобно однослойным печатным платам, двухслойные печатные платы также поддерживают монтаж устройств как через отверстия, так и на поверхность.

Поскольку двухслойные печатные платы предлагают вдвое больше места, чем однослойные печатные платы того же размера, общий вес меньше, чем однослойных печатных плат.

Это связано с тем, что две однослойные печатные платы несут два слоя подложки и два слоя меди, тогда как двухслойная печатная плата имеет два слоя меди, но только один слой подложки.

Кроме того, процесс изготовления двухслойной печатной платы также занимает меньше времени.

Единственный недостаток двухслойных печатных плат – сложность в обращении.

Толстопленочные гибкие платы

Это особая группа гибких плат, где для создания проводящего рисунка на гибкие основания трафаретной печатью наносятся специальные составы проводящих и резистивных красок. Проводящие краски обычно представляют собой полимеры с наполнителем из частиц серебра, а резистивные краски наполнены графитом или смесью серебра и графита.

Толстопленочная технология — чрезвычайно популярный метод производства ряда недорогих изделий: от мембранных переключателей, таких как компьютерные клавиатуры и сенсорные панели, до дешевых калькуляторов и одноразовых медицинских приборов, например газоанализаторов крови.

В определенных случаях толстопленочные платы могут соединяться с диэлектриками с медной фольгой для создания новых структур, сочетающих в себе преимущества данной технологии и медной фольги, в особенности при наличии специальных требований к повышенной электропроводности на определенных участках платы.

Технологи, работающие в области толстых пленок, разработали адгезивы для монтажа SMT-компонентов на толстопленочные платы. Это решение обладает хорошим потенциалом для установки чувствительных к температуре компонентов. Кроме того, это экологичная альтернатива свинцовосодержащим припоям.

Шаг 5: пайка компонентов

После тщательно проведенной чистки возьмите крошечные резисторы, smd конденсаторы, и другие компоненты, монтируемые на поверхность, и наберитесь терпения, чтобы всех их припаять.

Я сначала наношу небольшое количество припоя на все контактные площадки. Далее беру светодиоды, резисторы, конденсаторы с помощью тонкого пинцета и помещаю их на свои посадочные места. Я нагреваю припой и даю ему растечься вокруг ножки компонента.

Компоненты, монтируемые на поверхность, такие как ATmega328p, можно сначала прикрепить к плате с помощью двухстороннего скотча, после чего припаять ножку за ножкой паяльником с очень тонким жалом.

Примечание: Вы также можете использовать компоненты для установки в отверстие. Для этого нужно использовать зеркальное изображение схемы, поскольку ножки компонентов нужно припаивать с задней стороны платы. Подобным способом я устанавливаю штырьковые разъемы.

Оригинал статьи