Глава девятнадцатая
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
19-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Процессы сборки электроаппаратных сборочных единиц, выполняемые монтажными проводами, весьма трудоемки. Анализ технологических процессов объемного монтажа показывает, что его трудоемкость достигает свыше 50% всех сборочно-монтажных работ. При этом затрачивается много ручного труда квалифицированных рабочих и невозможна механизация сборочных и монтажных работ. Продолжительные поиски путей механизации и автоматизации сборочно-монтажных работ привели к созданию печатных схем.
При печатном монтаже все контактные соединения, предназначенные для пайки, выведены в одну плоскость и роль монтажных проводов выполняет приводящий металлический рисунок, закрепленный на основании печатной платы.
Технология печатного монтажа обеспечивает возможность автоматизации и механизации процессов, что приносит значительные экономические выгоды при серийном производстве. Некоторые из испытанных способов были заимствованы из полиграфии, например способ травления фольги широко используется для изготовления печатных схем. Кроме соединительной проводки можно «печатать» элементы схемы, электрические параметры которых определяются формой или числом витков металлического проводника, например конденсаторы, катушки, высокочастотные трансформаторы, низкоомные резисторы и др.
Печатные схемы имеют ряд недостатков, например внесение изменений в схему изготовляемой серии затруднено, сложные схемы требуют большой площади, так как преобразование объемного трехразмерного расположения деталей в плоское двухразмерное осуществляется в большинстве случаев с увеличением площади и т. д.
В технике печатных схем наиболее часто встречается следующая терминология.
Печатная плата — материал основания, вырезанный по размеру, содержащий необходимые отверстия и по меньшей мере один проводящий рисунок.
Печатный монтаж — способ монтажа, при котором электрическое соединение элементов электронного узла, включая экраны, выполнено с помощью печатных проводников.
Печатная схема — схема, полученная путем печати и включающая печатные элементы, проводящий рисунок .или их комбинацию, образованные в предварительной конструкции или подсоединенные к поверхности общего основания.
Элементы печатной платы — проводники, контактные площадки, экраны, вырезы на экранах, зазоры, отверстия, маркировка и т. д.
19-2. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Известны следующие основные способы создания печатных схем:
1) электрохимический — тонкий слой металла (1 — 2 мкм) наносится способом химического осаждения;
2) электролитический с переносом — токопроводящая схема предварительно осаждается электрическим способом на специальную металлическую матрицу с последующим переносом схемы на изоляционное основание;
3) фольгирование — лист медной электролитической фольги приклеивается к изоляционному основанию с одной или двух сторон с последующим вытравлением из фольги требуемой схемы;
4) вжигание токопроводящей схемы из серебряной пасты, наносимой на поверхность изоляционного основания, из которой при обжиге восстанавливается содержащееся в пасте серебро до металлического, прочно сцепляемого с основанием;
5) вакуумное распыление — печатная схема наносится на изоляционное основание путем распыления металла в вакууме.
Основные способы нанесения изображения печатных проводников следующие:
1) фотографический — фотографирование изображения проводников с фотодиапозитива или негатива на основание, покрытое светочувствительной эмульсией;
2) офсетный — нанесение позитивного или негативного изображения проводников на основание защитной краской с использованием офсетной машины;
3) сеткографический — нанесение позитивного или негативного изображения проводников на основание защитной краской через сетчатый трафарет;
4) прессование — создание с помощью пресс-форм позитивного рельефного изображения проводников на плате в виде канавок;
5) штамповка — вырубка проводников из листа фольги, наложенного на изоляционное основание, специальным штампом;
6) тиснение — нанесение на основание кислотостойких пленок позитивного или негативного изображения проводников с помощью нагретой матрицы и красочной фольги.
7) гравирование — создание с помощью специального инструмента позитивного рельефного изображения проводников в виде канавок.
19-3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
При изготовлении проводящего рисунка на изоляционном основании выполняются следующие процессы:
изготовление оснований, нанесение рисунка на основание, получение токопроводящих проводников схемы, припайка элементов к проводникам схемы (резисторы, полупроводниковые приборы и т. п.), защита оснований от климатических воздействий и др.
1) Изготовление оснований. Основания изготавливаются из листовых диэлектрических материалов — гети-накса, фольгированного гетинакса, текстолита, стекло-текстолита — при толщине 0,5 — 2 мм.
Для придания требуемой формы основаниям используются методы резки листов на гильотинных ножницах, штамповка, сверление, обработка поверхности кварцевым песком.
2) Нанесение рисунка схемы фотографическим способом. При фотографическом способе осуществляется копирование рисунка схемы с прозрачного фотоснимка на поверхность основания, покрытого пленкой светочувствительной эмульсии, С последующим экспонированием. Затем рисунок схемы проявляется в теплой воде, при этом места пленки, не подвергшиеся экспонированию (облучению светом), вымываются, а оставшиеся участки задубливаются.
Состав светочувствительной эмульсии:
Поливиниловый спирт ............ .0,07 — 0,1 кг
Этиловый спирт . ........ ..... 0,03 кг
Дистиллированная вода ............ 1 кг
Двухромовокислый аммоний ......... .0,01 — 0,02 кг
Эмульгатор ОП-7 или ОН-10 .......... 5%
3) Нанесение рисунка схемы через сеточный трафарет. На основание — плату помещается сеточный трафарет, через который ракелем вручную или механическим способом продавливают пасту требуемого качества с получением при этом рисунка схемы.
4) Офсетный способ нанесения рисунка схемы. Для нанесения рисунка используется типографская плоскопечатная машина, в которой на плату, помещенную на столе машины, с клише из офсетной резины на поверхность основания кислотоупорной краской наносится изображение схемы.
19-4. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ СХЕМ
В настоящее время в основном применяются следующие методы получения печатных схем: химического травления, электрохимического осаждения, переноса и др.
1. Метод химического травления. Метод химического травления применяется при использовании фольгированных оснований. На основание наносится рисунок схемы. Участки схемы, не защищенные краской, вытравливаются в ванне с использованием раствора хлористого железа при плотности раствора 1300 кг/м3 и 25°С. После травления основание промывается в холодной проточной воде, а защитную краску с рисунка удаляют с использованием щелочного раствора с последующей тщательной промывкой и просушиванием в термостате.
Отверстия схемы подвергаются металлизации путем погружения платы сначала в двухлористое олово, а затем в ванну с паладием. За этим следуют химическое и гальваническое меднение и покрытие отверстий сплавом Розе.
2. Метод электрохимического осаждения. Платы из нефольгированного диэлектрика для лучшей адгезии осаждаемого.металла с поверхностью платы подвергают пескоструйной обработке, после чего наносится непроводящий рисунок. Затем плату помещают в спиртовой раствор азотнокислого серебра с высадкой при этом молекулярного серебра на незащищенных участках. За этим следует химическое меднение в растворе углекислой меди с получением при этом осадка толщиной 1 — 2 мкм, которая, однако, является недостаточной. Поэтому после химического осаждения платы подвергают электролитическому меднению для нанесения слоя меди требуемой толщины. После электролитического покрытия платы подвергают тщательной промывке и просушиванию и после контроля передаются на проведение следующих операций.
3. Метод переноса. Технология переноса токопроводящего рисунка схемы с матрицы на поверхность диэлектрического основания заключается в следующем.
На хорошо отполированную матрицу из нержавеющей стали наносится негативное изображение схемы с использованием сеточного трафарета. После этого матрицу подвергают активации с последующим завешиванием в электролитическую ванну на катодную шину. Осаждение меди ведется при плотности тока 5-10-2А/М2. После этого матрица совмещается с поверхностью основания, покрытого клеем БФ-4, и гидравлическим прессом матрица и основание сдавливаются в течение 10 — 20 с. При этом осажденный на матрице медный рисунок схемы приклеивается к поверхности основания, а освободившуюся от рисунка матрицу снова подвергают электролитическому осаждению схемы и т. д.
