Основы производства печатных плат

Независимо от того, какой материал будет использоваться, начальные шаги процесса производства печатной платы в целом всегда одни и те же. Но перед тем, как ПП достигнет этапа производства, проектировщик печатной платы должен сделать несколько выборов в зависимости от разрабатываемого им устройства:

• Выбор типа ПП, требуемого для этого устройства;
• Решение по количеству слоев (один, два, четыре или больше);
• Решение по механической схеме, структуре слоев и прокладке дорожек на различных слоях;
• Выпуск соответствующих документов и файлов для процесса производства.

Данные шаги являются очень важными для достижения успеха и надежности конечного продукта. Например, если приложению требуется, чтобы компонент мог двигаться вперед и назад во время функционирования, как это делает головка принтера, то должна использоваться гибкая плата. Большинство нательных устройств должны сжиматься в размерах, а технология HDI наиболее подходящая для гибко-жестких плат. Следовательно, на этой стадии проектировщик выбирает нужный тип и материал для печатной платы.

Сложность электрической схемы дает решение по поводу количества слоев, которое будет иметь наша печатная плата. Плотность печатной платы увеличивается по мере того, как продукты стремятся в сторону миниатюризации. Опция, остающаяся проектировщику, - это разработать многослойную печатную плату, которая будет содержать всю функциональность внутри механических границ печатной платы.

Проектировщик должен принять решение о структуре слоев или разработать следующие друг за другом слои в зависимости от природы устройства. Например, если устройство имеет схемы с высокой плотностью, проектировщик должен определить импеданс и минимизировать перекрестные помехи. Может быть придется использовать слои питания и заземления попеременно, а сигнальные дорожки проложить между ними, чтобы этого достичь. При этом проектировщик должен определиться с шириной и маршрутом дорожек, расстоянием между ними, размещением отверстий и тестовых площадок и многим другим.

Когда процесс проектирования завершен, проектировщик выпускает результат в форме стандартной документации, которая помогает производителю выполнить печатную плату. Данная документация может быть в различных форматах, включая Gerber, IPC-2581 или ODB++.

Материалы подложки.

Наиболее распространённый материал для жестких печатных плат – это FR-4, эпоксидный/стеклянный ламинат. У него разумная цена, он предлагает удовлетворительную стабильность при изменении температур и не легко ломается. Другие менее дорогие материалы, такие как фенольная бумага, тоже доступны и обычно используются для недорогих коммерческих продуктов. С другой стороны ценового спектра находятся такие материалы, как Тефлон или PTFE. Эти материалы предлагают очень низкие потери и стабильную электрическую постоянную для высоко-продуктивных, высокочастотных разработок. Гибкие, жестко-гибкие и HDI печатные платы обычно используют подложки на основе полиимидов, хотя Тефлон и Кевлар также используются для высокочастотных высоко-продуктивных устройств.

Материалы для покрытия.

На печатной плате должны быть медные дорожки и панели, и они выполняются в виде нанесения медного покрытия на подложку, то есть к подложке присоединяется тонкий лист меди. Проектировщик может определить толщину медного покрытия, существует несколько стандартных вариантов толщины. Выбор правильной толщины меди для платы является критичным, чтобы получить и поддерживать желаемый уровень эффективности при адгезии к подложке и чтобы обеспечить хорошую эффективность при высоких частотах.

На рынке производители используют два типа медной фольги для печатных плат: электроосажденную (ED) и рулонную (RA). Эти два типа фольги характеризуются различными процессами формирования и прохождением различной обработки для улучшения и сохранения адгезии на различных материалах подложки. Например, формирование ED фольги идет после электрического осаждения меди на медленно вращающийся полированный барабан из нержавеющей стали, помещенный в раствор сульфата меди. Медная фольга удаляется в непрерывном рулоне при этом сторона напротив барабана обеспечивает более гладкое покрытие. И совсем иначе, слитки твердой меди последовательно проходят через прокатный стан, производя RA медную фольгу.

Эти два типа медной фольги обладают различными характеристиками благодаря природе их формирования. ED фольга, используемая на подложках ПП, хорошо подходит для устройств, где механический стресс может быть критическим фактором, тогда как RA фольга подходит для устройств, имеющих потенциал температурного шока. Когда ED фольга подвергается термальному циклу, например, на печатной плате могут возникнуть трещины в узких проводниках, следовательно, лучше тут подходит фольга RA.

Зернистая структура меди ПП варьируется в соответствии с процессом производства. ED медные фольги предлагаются в грубых, умеренных и мелкозернистых структурах, текстуры, которые отражаются на поверхности медного покрытия. Хотя медная фольга с грубой структурой также имеет грубую поверхность покрытия, она создает более сильное соединение между медной фольгой и диэлектрическим покрытием, обычно показывает большую эффективность по вносимым потерям при более высоких частотах. Кроме того, скин-эффект при более высоких частотах, который является причиной эффективного сопротивления проводника, увеличивающегося при более высоких частотах, где глубина покрытия меньше, ухудшает вносимые потери неровной поверхности медных дорожек на печатной плате.

Источник: Журнал PRINTED CIRCUIT DESIGN&FAB