Печатные платы с микропереходами

Основные параметры современной платы таковы:

· ширина печатных проводников 100 микрон

· процесс прессования 10слоев

· толщина платы 1, 6 мм

· техника сверления сквозных переходов 0, 7мм

при конечном диаметре перехода 0, 2 мм

Такие микросхемы как BGA – микросхемы с матрицей шариковых выводов, CSP – микрокорпуса в размер кристалла, Flip-Chip – перевернутый кристалл, требуют высокоплотных печатных плат. Например, в видеокамерах используются печатные платы послойного наращивания с шириной проводника 50 микрон, переходных отверстий 100 микрон.

Печатные платы наряду с проводными слоями должны содержать слои печатных резисторов и конденсаторов, выполняют согласующие и блокирующие функции для достижения требуемой помехозащищенности, для подключения к таким элементам требуются микропереходы, а не сквозные переходы, которые вносят большие электрические неоднородности.

Высокоплотные печатные платы с микропереходами и слоями резисторов и конденсаторов имеют следующие достоинства:

1. малое число слоев

2. более короткие сигнальные линии связи

3. интегрированные резисторы (номинал от 25 Ом до 150 кОм)

4. уменьшено число просверленных сквозных отверстий

5. возможность монтажа большого числа компонентов на заданной площади

6. улучшены высокочастотные свойства

7. значительно улучшенные характеристики помехозащищенности

8. возможность устранения компонентов на стороне пайки волны

Способы получения микроотверстий

1. Фотолитография – когда отверстие получают воздействием раствора-проявителя в нужном месте

2. Плазма – когда отверстие получают травлением медной фольги и вскрытый диэлектрик удаленным воздействием плазмы

3. Механика – когда отверстие получают механическим сверлением или воздействием пемзы

4. Лазер – когда отверстие получают удалением и меди, и диэлектрика, путем из разложения под действием лазерного луча

После получения отверстий производится химическая и электрохимическая металлизация стенок отверстия.

(Рис. 8.1: 1 и 2 называются базовым слоем, к ним припрессовываются 3 и 4, а потом наращивается 5-7 и 6-8 – это основной способ изготовления печатных плат с микропереходами)

Преимущества лазерного сверления отверстий:

1. отверстия можно делать в любом месте в соответствии с заданной программой

2. можно делать отверстия различной глубины, которая требуется

3. не образуется большое число загрязнений

Недостатки:

1. более высокая стоимость по сравнению с фотоформированием

2. сложность использования для плат с очень большим числом отверстий

Лекция 9

Надежность печатных плат при различных способах их изготовления[2]

1. Печатные платы, изготовленные методом металлизации сквозных отверстий, несмотря на их широкое применение, обладают рядом недостатков. С конструкторской точки зрения самое слабое звено таких плат – места соединения металлизированных столбиков в переходных отверстиях и проводящих слоев (контактных площадок).

Соединения металлизированного столбика и проводящего слоя идет по торцу контактной площадки. Длина такого соединения определяется толщиной медной фольги, обычно составляет 35-36 микрон.

Гальваническая металлизация стенок переходных отверстий предшествует стадия химической металлизации.

Химическая медь, в отличие от гальванической, более рыхлая, поэтому соединения металлического столбика с торцевой поверхностью контактной площадки происходит через промежуток более слабый по прочностным свойствам подслой химической меди.

Коэффициент термического расширения стеклотекстолита гораздо больше, чем у меди. При термических ударах (нагревании платы), которые по самым разным причинам испытывает печатная плата, это соединение испытывает очень большие механические нагрузки и может порваться, как следствие – рвется электрическая цепь.

В многослойных печатных платах повышение надежности внутренних переходов достигается введением процедур (операций) подтрава (частичного удаления) диэлектрика в переходных отверстиях перед проведением металлизации. В этом случае соединение металлизированных столбиков с контактными площадками осуществляется не только по торцу, но и частично по внешним кольцевым зонам этих площадок.

Более высокой надежностью обладают печатные платы, изготовленные методом послойного наращивания. В отличие от предыдущего метода (метода сквозных отверстий) в этом случае отверстие заполняется медью целиком и площадь соединения с проводником гораздо больше. Но всё равно переход гальваническая медь – химическая медь – гальваническая медь остается. Для устранения этого перехода сейчас используют метода прямой металлизации отверстий, который исключает химическую металлизацию.

2. Металлизированное отверстие может стать слабым местом и по другой причине. Толщина покрытия станок переходных отверстий в идеале должна быть равномерной по всей их высоте, иначе снижается надежность платы. Физическо-химическая особенность процессов нанесения гальванических покрытий препятствует этому. Толщина покрытия внутри отверстия, как правило, меньше, чем на поверхности.

В современных печатных платах диаметром отверстий (переходов) меньше или равно 100 микрон, а соотношение высоты отверстия к диаметру его как 20: 1.

Традиционно эта задача решалась благодаря использованию электролитов с выравнивающими добавками, которые абсорбируются (осаждаются) в тех областях, где выше плотность тока. Интенсивность абсорбции пропорциональна плотности тока и эти добавки создают барьерный слой, противодействуя избыточному осаждению гальванических покрытий на острых кромках и прилегающих к ним областях.

3. Трудность обеспечения изоляции в сверхплотных печатных платах. Уровень изоляции однозначно связан с расстоянием между токопроводящими элементами (проводниковые контакты). Чем это расстояние меньше, тем диэлектрические свойства подложки должны быть выше.

При попадании влаги на плату (влага всегда присутствует во внешней среде) печатная плата становится датчиком влажности.

Сейчас уровень разрешения в печатных платах составляет 100 микрон.

Большинство подложек сделаны из стеклотекстолита. Уменьшение зазоров между проводниками привело к тому, что они стали соизмеримы с толщиной стеклянных нитей или толщиной узлов переплетений этих нитей в стеклоткани, и проводники могут замыкаться этими узелками. И как следствие, образование капилляров в стеклотекстолите замыкающих проводники, так как в этих капиллярах конденсируется влага даже при нормальной влажности.

Надо иметь в виду, что уже сейчас компания SAMSUNG начала изготавливать платы с шириной проводников и расстояния между ними 8-10 микрон.

Решение этих задач состоит в подходе, которая заключается в том, что макро и микро дефекты в диэлектрической подложки платы заполняются жидкостью, которая при последующей термообработке способна превращаться в диэлектрик с очень хорошими электроизоляционными свойствами.

4. Задача связана в получении сверхузких проводников. Сегодня в большинстве своем используется субтрактивные методы, т.е. рисунок электрической схемы формируется путем удаления ненужных фрагментов фольги путем травления. Принципиальный недостаток всех методов травления состоит в том, что травление идет не только в желаемом направлении (по направлению поверхности диэлектрика), но и в нежелаемом поперечном направлении. Боковой подтрав проводников соизмерен с толщиной медной фольги (около 70%), поэтому у проводника получается неровный профиль. Если ширина проводников соизмерена с их высотой или даже меньше, то подтрав может привести к разрыву проводника.

Решение этой задачи связано с увеличением скорости травления и с использованием струйного облива (струя травителя совпадает с желаемым направлением, т.е. перпендикулярно поверхности меди). Это уже не эффективно, когда меньше 100 микрон (при размере). Тогда применяют тонкомерную фольгу. В момент травления толщина фольги маленькая, следовательно, подтрав маленький, а необходимая толщина проводника получается в результате последующего гальванического наращивания меди. При таком способе можно изготавливать платы 4 и 5 класса точности:

4 – ширина проводника и зазора между ними 0, 15 мм

5 – ширина проводника и зазора между ними 0, 10 мм

Сейчас наблюдается процесс интегрирования (сращивания) печатных плат и элементной базы. Некоторые элементы электрических схем (индуктивности, емкости, сопротивления) изготавливаются методами печати непосредственно в процессе изготовления печатных плат. Эффективность этого решения состоит в том, что планарные радиоэлементы, получаются одновременно с формированием рисунка схемы, не требует дополнительных затрат.

Применение в многослойных структурах сквозных переходов и микропереходов позволяет разместить эти элементы внутри печатной платы. Дальнейшим развитием этого процесса стало встраивание печатной платы кристаллов микросхем и даже в гибкие печатные платы, что позволяет получить законченное изделие в виде печатной платы.

5. Печатная плата – это совокупность множества материалов, обладающих различными физическими свойствами, которые необходимо согласовать, более того улучшение какой-либо одной характеристики, как правило, ведет к ухудшению другой характеристики.

Решение этой задачи связано с использованием новых материалов, в том числе полимеров, которые обладают необходимыми свойствами, в частности необходимого коэффициента расширения. Сюда же добавляется задача и согласование свойства материалов печатной платы с элементами, находящимися на или внутри неё.

Наиболее перспективны с точки зрения надежности являются платы с комбинацией методов металлизации сквозных отверстий и послойного наращивания – структура 2+4+2, т.е. основу платы составляет четырехслойная печатная плата со сквозными переходами, на которой с обеих сторон наращивается по два слоя с микропереходами.

Лекция 10

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒