PCB tootmismeetodid: tootmistehnoloogia

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Mõõteriistades ja üldiselt elektroonikas mängivad trükkplaadid elektriliste ühenduste kandjatena üliolulist rolli. Sellest funktsioonist sõltub seadme kvaliteet ja selle põhijõudlus. Kaasaegsed trükkplaatide valmistamise meetodid juhinduvad suure paigutustihedusega elementide baasi usaldusväärse integreerimise võimalusest, mis suurendab valmistatud seadmete jõudlust.

PCB ülevaade

Jutt käib tasasel isolatsioonialusel põhinevatest toodetest, mille konstruktsioonis on sooned, augud, väljalõiked ja juhtivad ahelad. Viimaseid kasutatakse elektriseadmete lülitamiseks, millest osa ei kuulu plaadiseadmesse kui sellisesse ning teine osa on paigutatud sellele lokaalsete funktsionaalsete sõlmedena. Oluline on rõhutada, et paigutuseelnimetatud konstruktsioonielementidest, juhtidest ja tööosadest on tooteprojektis esialgu välja toodud läbimõeldud elektriahelana. Uute elementide edaspidiseks jootmise võimaluseks on ette nähtud metalliseeritud katted. Varem kasutati selliste kattekihtide moodustamiseks vasesadestamise tehnoloogiat. See on keemiline operatsioon, millest paljud tootjad on tänapäeval kahjulike kemikaalide, nagu formaldehüüdi, kasutamise tõttu loobunud. See on asendatud keskkonnasõbralikumate meetoditega otsese metalliseerimisega trükkplaatide valmistamiseks. Selle lähenemisviisi eelised hõlmavad paksude ja kahepoolsete plaatide kvaliteetse töötlemise võimalust.

Materjalid valmistamiseks

Peamiste kulumaterjalide hulgas on dielektrikud (kiletatud või foolimata), metall- ja keraamilised plaadipõhja toorikud, klaaskiust isolatsioonitihendid jne. Toote vajalike tööomaduste tagamisel on võtmeroll mitte ainult põhilised konstruktsioonimaterjalid põhitõed, kui palju välistingimustes katteid. Trükkplaatide valmistamisel rakendatav meetod määrab eelkõige nõuded tihendite ja liimkatete liimimismaterjalidele, et parandada pindade nakkumist. Niisiis kasutatakse liimimiseks laialdaselt epoksüimmutust ning välismõjude eest kaitsmiseks kasutatakse polümeerseid lakikompositsioone ja kilesid. Dielektrikute täiteainetena kasutatakse paberit, klaaskiudu ja klaaskiudu. Sel juhul epoksüfenool-, fenool- jaepoksüvaigud.

Ühepoolse trükkplaadi tehnoloogia

See tootmistehnika on üks levinumaid, kuna nõuab minimaalseid ressursiinvesteeringuid ja seda iseloomustab suhteliselt madal keerukus. Sel põhjusel kasutatakse seda laialdaselt erinevates tööstusharudes, kus põhimõtteliselt on võimalik korraldada trükkimiseks ja söövitamiseks mõeldud automatiseeritud konveierliinide tööd. Ühepoolse trükkplaadi tootmismeetodi tüüpilised toimingud hõlmavad järgmist:

• Aluse ettevalmistamine. Toor leht lõigatakse soovitud vormingusse mehaanilise lõikamise või mulgustamise teel.
• Vormitud pakk toorikutega juhitakse konveieri tootmisliini sisendisse.
• Toorikute puhastamine. Tavaliselt teostatakse mehaanilise deoksüdatsiooni teel.
• Trükivärvid. Söövituskindlate ja ultraviolettkiirguse mõjul kõvenenud tehnoloogiliste ja märgistussümbolite pealekandmiseks kasutatakse šabloonitehnoloogiat.
• Söövitus vaskfooliumiga.
• Kaitsekihi eemaldamine värvilt.

Nii saadakse vähefunktsionaalseid, kuid odavaid tahvleid. Tarbitava toorainena kasutatakse tavaliselt paberist alust - getinaksi. Kui rõhk on pandud toote mehaanilisele tugevusele, siis võib kasutada ka paberi ja klaasi kombinatsiooni täiustatud CEM-1 klassi getinaxi kujul.

Lahutav tootmismeetod

Juhtide kontuuridselle tehnika kohaselt moodustuvad vaskfooliumi söövitamise tulemusena metallresisti või fotoresisti kaitsekujutise alusele. Subtraktiivse tehnoloogia rakendamiseks on erinevaid võimalusi, millest levinuim on kuivkile fotoresisti kasutamine. Seetõttu nimetatakse seda lähenemist ka fotoresistiivseks trükkplaatide valmistamise meetodiks, millel on oma plussid ja miinused. Meetod on üsna lihtne ja mitmes mõttes universaalne, kuid madala funktsionaalsusega plaate saadakse ka konveieri väljundis. Tehnoloogiline protsess on järgmine:

• Fooliumi dielektrik on ettevalmistamisel.
• Kihitamise, särituse ja arendusoperatsioonide tulemusena moodustub fotoresistis kaitsemuster.
• Vaskfooliumi söövitusprotsess.
• Kaitsva mustri eemaldamine fotoresistilt.

Fotolitograafia ja fotoresisti abil luuakse fooliumile kaitsemask juhtmete mustri kujul. Pärast seda söövitatakse vasepinna eksponeeritud alad ja filmi fotoresist eemaldatakse.

Trükkplaatide valmistamise lahutava meetodi alternatiivses versioonis kantakse fotoresist kihina fooliumdielektrikule, mis on eelnev alt töödeldud aukude tekitamiseks ja eelnev alt metalliseeritud paksusega kuni 6-7 mikronit. Fotoresistiga kaitsmata aladel söövitatakse järjestikku.

Additiivne PCB moodustamine

LäbiSee meetod võib moodustada mustreid juhtmete ja vahedega, mille laius on vahemikus 50–100 µm ja paksus 30–50 µm. Elektrokeemilist lähenemist rakendatakse galvaanilise selektiivsadestamise ja isolatsioonielementide punktpressimisega. Põhiline erinevus selle meetodi ja lahutava meetodi vahel on see, et metalljuhtmeid kasutatakse, mitte söövitatakse. Kuid trükkplaatide lisatootmismeetoditel on oma erinevused. Eelkõige jagunevad need puht alt keemilisteks ja galvaanilisteks meetoditeks. Kõige sagedamini kasutatav keemiline meetod. Sel juhul tagab juhtivate ahelate moodustumine aktiivsetes piirkondades metalliioonide keemilise redutseerimise. Selle protsessi kiirus on umbes 3 µm/h.

Positiivne kombineeritud tootmismeetod

Seda meetodit nimetatakse ka poollisandiks. Töös kasutatakse fooliumdielektrikuid, kuid väiksema paksusega. Näiteks võib kasutada 5–18 mikronit kilesid. Lisaks toimub juhtmemustri moodustamine samade mudelite järgi, kuid peamiselt galvaanilise vase sadestusega. Peamist erinevust meetodi vahel võib nimetada fotomaskide kasutamiseks. Neid kasutatakse kuni 6 mikroni paksuste trükkplaatide valmistamise kombineeritud positiivse meetodiga eelmetalliseerimise etapis. See on nn galvaaniline pingutamine, mille käigus fotoresistiivne element kantakse peale ja valgustatakse läbi fotomaski.

Kombineeritud meetodi eelisedPCB tootmine

See tehnoloogia võimaldab teil moodustada pildi elemente suurema täpsusega. Näiteks kuni 10 mikroni paksusel fooliumil trükkplaatide valmistamise positiivse meetodiga on võimalik saada kuni 75 mikronit juhtide eraldusvõimet. Lisaks dielektriliste ahelate kõrgele kvaliteedile on tagatud ka tõhusam pinnaisolatsioon koos prinditava substraadi hea nakkuvusega.

Paari vajutamise meetod

Tehnoloogia põhineb kihtidevaheliste kontaktide valmistamise meetodil metalliseeritud aukude abil. Juhtide mustri moodustamise protsessis kasutatakse tulevase aluse segmentide järjestikust ettevalmistamist. Selles etapis kasutatakse trükkplaatide valmistamiseks pooladitiivset meetodit, mille järel monteeritakse ettevalmistatud südamikest mitmekihiline pakend. Segmentide vahel on spetsiaalne vooder, mis on valmistatud epoksüvaikudega töödeldud klaaskiust. See koostis võib pigistamisel välja voolata, täites metalliseeritud augud ja kaitstes galvaniseeritud katet keemilise rünnaku eest edasiste tehnoloogiliste toimingute ajal.

PCB kihistusmeetod

Teine viis, mis põhineb mitme prinditud substraatide segmendi kasutamisel keeruka funktsionaalse struktuuri moodustamiseks. Meetodi olemus seisneb juhtmetega isolatsioonikihtide järjestikuses pealekandmises. Samal ajal on vaja tagada usaldusväärsed kontaktid külgnevate kihtide vahel, mis on tagatudgalvaanilise vase kogunemine isolatsiooniavadega piirkondades. Selle mitmekihiliste trükkplaatide valmistamise meetodi eeliste hulgas võib märkida funktsionaalsete elementide paigutuse suurt tihedust koos võimalusega tulevikus kompaktselt kokku panna. Pealegi säilivad need omadused konstruktsiooni kõikidel kihtidel. Kuid sellel meetodil on ka puudusi, millest peamine on mehaaniline surve eelmistele kihtidele järgmise pealekandmisel. Sel põhjusel on tehnoloogia maksimaalne rakendatud kihtide arv piiratud – kuni 12.

Järeldus

Kaasaegse elektroonika tehnilistele ja tööomadustele esitatavate nõuete kasvades suureneb paratamatult tehnoloogiline potentsiaal ka tootjate endi tööriistades. Uute ideede elluviimise platvormiks on sageli vaid trükkplaat. Selle elemendi kombineeritud tootmismeetod näitab kaasaegsete tootmisvõimaluste taset, tänu millele saavad arendajad toota ainulaadse konfiguratsiooniga ülikeerulisi raadiokomponente. Teine asi on see, et kiht-kihilt kasvu kontseptsioon ei õigusta end praktikas alati kõige lihtsama raadiotehnika rakendustes, nii et seni on selliste plaatide seeriatootmisele üle läinud vaid vähesed ettevõtted. Veelgi enam, nõudlus lihtsate ühekülgse disainiga vooluahelate ja odavate kulumaterjalide järele püsib.