Технология изготовления печатных плат.

Первые изготовлении печатных плат автоматизированным методом были разработаны фирмой Multiwire . За истекший период за рубежом и у нас в стране разработаны новые методы печатно-проводного монтажа, основанные на различных принципах прокладки трасс из изолированных проводов и способах получения меж соединений в платах. Различают два метода изготовления печатных плат: метод стежкового монтажа и метод прямых отрезков.

Метод стежкового монтажа («Аракс») используют в промышленности в двух вариантах: с разделением процесса монтажа проводов на плате на отдельные операции и с объединением операций в один процесс. При этом методе печатным способом получают типовую одно- или двухстороннюю плату с постоянной топологией рисунка. В первом варианте типовую плату устанавливают на бумажную маску и прокладки из эластичного материала, а затем в соответствии с заданной схемой прошивают её и прокладки через отверстия пустотелой иглой, внутри которой проходит тонкий изолированный провод. После прошивки провода прижимают к плате, удаляют эластичные прокладки с петель, образованных из изолированных проводов иглой, облуживают петли припоем, снимают с петель маску и припаивают их к плате. Во втором варианте на автомате прошивают плату проводом, одновременно облуживая и припаивая петли из провода к контактным площадкам. В результате получают плату, эквивалентную по функциональным возможностям многослойной печатной платы, но с более высокой ремонтопригодностью и меньшей стоимостью.

Автоматизированное проектирование печатных плат. Одной из основных задач в системе автоматизированного проектирования плат является оптимизация соединений между элементами схем. В зависимости от выбранной конструктивно-технологической базы эта задача может иметь различную степень сложности и соответственно может сильно влиять на трудоёмкость проектирования печатных плат. При автоматизированном проектировании печатного монтажа, в том числе и многослойной, необходимо оптимизировать целый ряд критериев (показателей качества), таких как суммарная длина всех связей, число связей между элементами схемы, например ИС, находящимися в соседних позициях на монтажном поле, число пересечений между связями, число цепей с возможно более простой конфигурацией. Оптимизация такого числа показателей качества, являясь сложной задачей самой по себе, требует учёта ряда конструктивных характеристик платы. К ним можно отнести: размер монтажного поля, минимально допустимую ширину печатных проводников и расстояние между ними, число монтажных слоёв, способы перехода с одного слоя на другой, расположение выводов элементов и цепей на монтажном поле, число участков, запрещённых для прокладки проводников (технологические отверстия, места для обозначений, заранее проложенные стандартные печатные проводники и др.). Получить оптимальный вариант печатных соединений при соответствии всех условий очень трудно. Поэтому, по существу, ни один из методов автоматизированного проектирования многослойной печатной платы не гарантирует трассировки всех соединений. Удовлетворительными считаются результаты, когда автоматически трассируются 90…95% связей. Остальные соединения требуют неавтоматизированной или автоматизированной доработки путём изменения конфигурации ранее проложенных связей, что значительно повышает трудоёмкость проектирования монтажных плат.

Преимущества и недостатки стежкового метода. Стежковый монтаж по сравнению с многослойным печатным монтажом позволяет следующее:

- Снизить трудоёмкость конструкторских работ в несколько раз, причём, чем больше номенклатура печатных плат, тем эффективнее стежковый монтаж.

- Сократить трудоёмкость автоматизированного проектирования печатных плат более чем в два раза.

- Снизить стоимость материалов в три раза.

- Сократить трудоёмкость производства узлов печатных плат на 30%.

- Повысить ремонтопригодность печатной платы и оперативность внесения изменений в монтаж.

- Сократить сроки разработки аппаратуры у уменьшить технологический цикл проектирования и производства печатных плат.

- Исключить металлизацию в отверстиях печатной платы.

- Снизить число вредных стоков при производстве печатных плат.

- Уменьшить массу печатных плат, увеличить выход годных печатных плат.

К недостаткам стежкового метода монтажа необходимо отнести:

- Одностороннее расположение на плате.

- Потребность в тщательном контроле информативного материала при автоматизированном проектировании печатных плат.

- Увеличение габаритов печатных плат вызывает почти пропорциональный рост трудоёмкости монтажа.

- Не конкурентоспособность с одно- и двусторонними печатных плат по трудоёмкости в серийном производстве, не считая этапа макетирования.

- Сложность применения печатных плат проводного монтажа для элементов со штырьковыми выводами (необходимо планарная формовка выводов).

Метод прямых отрезков.

Метод заключается в том, что печатным монтажом изготавливают типовую печатную плату с постоянной типологией рисунка и сквозными металлизированными отверстиями. Типовую печатную плату устанавливают на стол монтажного автомата и по заданной программе разводят связи прямыми отрезками из изолированного провода, обрезая его в заданных точках. При этом изолированный провод автоматически без предварительного лужения припаиваемого участка жилы, без удаления изоляции с него совмещается с контактной площадкой. Причём провод может укладываться на контактную площадку под любым углом по отношении к её оси. После совмещения соединяемых элементов расщепленный электрод опускается на провод и с заданным усилием прижимает его к гальваническому оловянно-свинцовому покрытию контактной площадки, а затем на электрод подаётся разогревающий импульс тока. Разогретый до значения температуры 973…1073 К (700…800°С) электрод косвенным путём передаёт тепло соединяемым с элементам. В результате изоляция на проводе оплавляется и таким образом обеспечивается электрический контакт электрода с жилой провода. Затем на электрод подаётся второй импульс тока, который разогревает провод на участке ограниченном зазором в расщепленном электроде. При постоянно положенном давлении разогретый электрод и разогретая жила провода передают тепло гальваническому покрытию контактной площадке. При этом покрытие расплавляется, и жила провода погружается в расплав. После окончания действия импульса электрод поднимается, а расплавленное покрытие, охлаждаясь, кристаллизируется и таким образом происходит формирование соединения.

На стабильность процесса, а следовательно, и на качество соединений при этом влияют следующие факторы:

- Степень соответствия нанесённого гальванического покрытия эвтектическому составу сплава олово-свинец и погрешность его толщины по всему полю платы, от которых зависит температура расплава покрытия.

- Погрешность давления электродов на провод, от которой зависит степень деформации жилы в зоне соединения и соответственно механическая прочность соединения.

Стабильность площади контакта электрода с жилой провода, которая влияет на плотность тока и температуру нагрева соединения при Автоматизация изготовления печатных плат.. Общим недостатком обоих методов изготовления печатных плат является необходимость покрытия заготовок перед сверлением для защиты от механических повреждений печатных проводников. Сушка лака и его удаление после сверления и химического меднения отверстий увеличивают трудоёмкость процесса и длительность технологического цикла, нарушают его непрерывность. Поэтому нельзя создать автоматической поточной линии производства печатных плат.

При ручном изготовлении указанный порядок следования операций должен сохраняться, так как слой фоторезиста и образованный им рисунок печатных проводников указывают на расположение отверстий. Следовательно, рисунок должен создаваться до сверления. Операция сверления отверстий является процессом трудоёмким, поскольку число отверстий, например, на плате среднего размера составляет несколько сотен, а на платах с ИМС в корпусах со штырьковыми выводами - больше тысячи. Таким образом, возникает проблема автоматизации сверления отверстий, решения которой можно достичь использованием станков с числовым программным управлением (ЧПУ).

Использование ЧПУ для сверления отверстий в печатных платах упрощает весь процесс, делая его более приспособленным для дальнейшей автоматизации. В этом случае отверстия сверлят и металлизируют до покрытия заготовок слоем фоторезиста и формирования рисунка печатных проводников, что исключает такие операции, как покрытие плат защитным слоем лака и его удаление после химического меднения. Для получения рисунка схемы просветлённые на плате отверстия совмещают с их изображениями на фотошаблоне, поэтому данный метод получил название “метод базового отверстия “.

Дальнейшую обработку платы производят обычным способом, т.е. на проводники и контактные площадки гальванически осаждают медь и наносят защитное покрытие, после чего удаляют слой фоторезиста и стравливают фольгу. Все операции можно выполнять непрерывно на автоматической поточной линии.

В настоящее время разработаны плёночные фоторезисты, полностью изменившие технологию нанесения светочувствительного слоя на заготовку печатной платы. Они состоят из трёх слоёв: предохранительной плёнки, плёнки фотополимерного резиста и прозрачной полиэфирной плёнки для ультрафиолетового излучения. Предохранительную плёнку удаляют перед нанесением фоторезиста на заготовку. Когда плёночный Фоторезист прижимают валиком, он приклеивается к поверхности заготовки липким слоем.

Экспонирование производят через защитную полиэфирную плёнку, на которую накладывают фотошаблон. Затем защитную плёнку удаляют с поверхности светочувствительного слоя механическим отслаиванием и проявляют её. Использование плёночного фоторезиста снижает трудоёмкость операций формирования защитного рельефа и сокращает производственный цикл изготовления печатных плат примерно на 20-30% . Благодаря равномерной толщине слоя фоторезиста образованный им защитный рельеф имеет ровные и чёткие края, а размеры линий на заготовке после экспонирования точно соответствуют размерам на фотошаблоне. Для автоматизации химических и гальванических процессов при изготовлении печатных плат применяют агрегатированные автоматические линии с ЧПУ. Чтобы повысить универсальность таких линий, их строят по модульному принципу, который позволяет составлять различные линии, соответствующие тому или иному базовому технологическому процессу. Модули для гальванических процессов имеют штанги для подвешивания изделий. Загрузку и выгрузку модулей, а также передачу заготовок с одной позиции на другую осуществляет автооператор, управляемый от ЭВМ. Производительность подобных линий составляет 400-500печатных плат в смену.

Д

.