Технология изготовления формирователя контрольного сигнала

   При обеспечении  требуемых параметров технологического процесса аддитивная технология позволяет получать рисунок проводников на плате с большей точностью и воспроизводимостью:

• ширина проводников, сформированных в рельефе пленочного фоторезиста, практически по всей высоте проводника равна ширине изображения на фотошаблоне, интервал разброса не превышает 5-10 мкм;
• искажения ширины проводников на поверхности подложки относительно размеров на фотошаблоне в среднем составляют от 10 мкм до 20 мкм;
• суммарный интервал разброса ширины проводников по всей высоте фоторельефа не превышает 15-20 мкм.

     Таким образом, в отличие от субстрактивной технологии аддитивные процессы принципиально  позволяют получать ПП по самым высоким  классам точности.

     На  основе анализа методов изготовления печатных плат выбираем субстрактивный метод, позитивный процесс, как наиболее оптимальный для нашей печатной платы. 

     3. Методы нанесения  рисунка печатных  плат.

     Основными методами, применяемыми в промышленности для создания рисунка печатного  монтажа, являются офсетная печать, сеткография и фотопечать. Выбор метода определяется конструкцией ПП, требуемой точностью и плотностью монтажа, производительностью оборудования и экономичностью процесса.

     Метод офсетной печати состоит в изготовлении печатной формы, на поверхности которой формируется рисунок слоя. Форма закатывается валиком трафаретной краской, а затем офсетный цилиндр переносит краску с формы на подготовленную поверхность основания ПП. Метод применим в условиях массового и крупносерийного производства с минимальной шириной проводников и зазоров между ними 0,3-0,5 мм (платы 1 и 2 классов плотности монтажа) и с точностью воспроизведения изображения ±0,2 мм. Его недостатками являются высокая стоимость оборудования, необходимость использования квалифицированного обслуживающего персонала и трудность изменения рисунка платы.

     Сеткографический метод основан на нанесении специальной краски на плату путем продавливания ее резиновой лопаткой (ракелем) через сетчатый трафарет, на котором необходимый рисунок образован ячейками сетки, открытыми для продавливания. Метод обеспечивает высокую производительность и экономичен в условиях массового производства. Точность и плотность монтажа аналогичны предыдущему методу.

     Самой высокой точностью (±0,05 мм) и плотностью монтажа, соответствующими 3—5 классу (ширина проводников и зазоров между ними 0,1-0,25 мм), характеризуется метод фотопечати. Он состоит в контактном копировании рисунка печатного монтажа с фотошаблона на основание, покрытое светочувствительным слоем (фоторезистом).

     Однослойные ПП изготавливают преимущественно субстрактивным сеточно-химическим или аддитивным методом, а ДПП гальваническим аддитивным  или комбинированными фотохимическими (негативным или позитивным) методами. Наиболее распространен из второй группы метод металлизации сквозных отверстий.

      4. Конструкционные  материалы печатных  плат.

      Для изготовления ПП широкое распространение  получили слоистые диэлектрики, состоящие из наполнителя и связующего вещества (синтетической смолы, которая может быть термоактивной или термопластичной), керамические и металлические (с поверхностным диэлектрическим слоем) материалы. Выбор материала определяется электроизоляционными свойствами, механической прочностью, обрабатываемостью, стабильностью параметров при воздействии агрессивных сред и изменяющихся климатических условий, себестоимостью.

      Большинство диэлектриков выпускается промышленностью  с проводящим покрытием из тонкой медной электролитической фольги, которая для улучшения прочности сцепления с диэлектрическим основанием с одной стороны оксидирована или покрыта слоем хрома (1-3 мкм). Толщина фольги стандартизирована и имеет значения 5, 18, 35 и 50, 70, 105 мкм. Фольга характеризуется высокой чистотой состава (99,5%), пластичностью, высотой микронеровностей 0,4-0,5 мкм.

      В качестве основы в слоистых пластиках используют электроизоляционную бумагу или стеклянную ткань. Их пропитывают фенольной или фенолэпоксидной смолой. Фольгирование диэлектриков с одной или с двух сторон осуществляют прессованием при температуре 160-180 °С и давлении 5-15 МПа. Фольгированные слоистые диэлектрики поставляются в виде листов размерами от 400 до 1100 и толщиной 0,06-3 мкм. Их используют при субстрактивных методах изготовления ПП. Гетинакс, обладая удовлетворительными электроизоляционными свойствами в нормальных климатических условиях, хорошей обрабатываемостью и низкой стоимостью, нашел применение в производстве несложной РЭА.

      Ниже  в таблице 1 представлены материалы  основания ПП, наиболее часто используемые в настоящее время для изготовления СВЧ модулей формирователей контрольного сигнала РЛС, ДПП.

      Таблица 1. Материалы для печатных плат.

      По  сравнению с гетинаксами стеклотекстолиты имеют лучшие механические и электрические характеристики, более высокую нагревостойкость, меньшее влагопоглощение. Однако у них есть ряд недостатков: худшая механическая обрабатываемость; более высокая стоимость; существенное различие (примерно в 10 раз) коэффициента теплового расширения меди и стеклотекстолита в направлении толщины материала, что может привести к разрыву металлизации в отверстиях при пайке или в процессе эксплуатации.

      Нефольгированные диэлектрики применяют при полуаддитивном и аддитивном методах производства ПП. Для улучшения прочности сцепления металлического покрытия с основанием на его поверхность наносят тонкий (50-100 мкм) полуотвержденный клеевой слой (например, эпоксидкаучуковую композицию). Введение в лак, пропитывающий стеклоткань, 0,1-0,2 мас. % палладия, смеси палладия с оловом или закиси меди незначительно снижает сопротивление изоляции, но повышает качество металлизации.

      В качестве основы для ПП СВЧ-диапазона используют неполярные полимеры (фторопласт, полиэтилен, полипропилен), полярные (полистирол, полифениленоксид) и их сополимеры. Направленное изменение свойств термопластичных материалов достигается наполнением (алунд, двуокись титана), армированием (стеклоткань) и плакированием (медная фольга).

      Керамические  материалы характеризуются высокой  механической прочностью, которая незначительно изменяется в диапазоне температур 20-700 °С, стабильностью электрических характеристик и геометрических параметров, низким (0-0.2%) водопоглощением и газовыделением при нагреве в вакууме, хрупкостью и высокой стоимостью. Промышленность выпускает их в виде пластинок размером от 20х16 до 60х48 мм с высотой микронеровностей 0,02-0,1 мкм  и разнотолщинностью ±0,01-0,05 мм. Они предназначены для изготовления одно- и многослойных коммутационных плат микросборок для СВЧ диапазона.

     На  основании таблицы и свойств  материалов для печатных плат выбираем стеклотекстолит теплостойкий фольгированный с гальваностойкой фольгой марки СТФ-2-35 толщиной 0,8 мм.

       Наиболее полно технологический  процесс изготовления, сборки печатной  платы представлен на рис. 6

Рис.6.Схема  технологического процесса изготовления печатной платы СВЧ модуля формирователя контрольного сигнала РЛС. 
 

5. Сборка печатных  плат СВЧ модуля  формирователя контрольного  сигнала 

     Для пайки элементов на плату используем пасту паяльную водорастворимую  ППВ-190 (ТСО 029.023 ТУ), разработанную во ФГУП «НПП «Исток», где:

     - П - паста;

     - П – паяльная;

     - В – водорастворимая;

     - 190 - температура плавления припоя  ПОС-61.

     Процесс приготовления пасты заключается  в растворении двух компонентов  связки в третьем при нагреве  и смешивании с порошком припоя до получения однородной массы. Паста  может быть легко приготовлена на рабочем месте самим оператором (сборщиком).

     В пасте использованы  неокисленный стандартный легкоплавкий порошкообразный  припой  ПОС-61 с дисперсностью  частиц 53…60 мкм.

     Флюсующая связка состоит из трёх компонентов: двух многоатомных спиртов, один из которых служит растворителем и играет роль флюса, другой спирт служит стабилизатором связки и повышает её клеящие свойства. В качестве активатора используется минеральное основание, которое также растворяется в многоатомном спирте.

     Механизм  флюсования в процессе пайки условно можно разделить на два этапа.

1. При подъёме температуры до 140°С активатор связки выполняет функцию детергента (очистителя поверхности).
2. При дальнейшем нагреве до температуры пайки растворитель и активатор выполняют функцию флюса: в результате реакции с окислами паяемой поверхности и припоя образуются растворимые в воде органические соли.

       Все компоненты флюсующей связки  хорошо растворяются в проточной  тёплой воде при температуре  50…60°С и поэтому после пайки легко отмываются, не оставляя следов.

     Паста обладает повышенной флюсующей активностью  при минимальном  количестве компонентов  флюсующей связки и отсутствии канифоли. Флюсующая связка пасты не содержит компонентов, обладающих токсическими действиями на организм человека.

     Применение  пасты решает проблему очистки паяных узлов с точки зрения охраны окружающей среды. Применение в качестве растворителей хлорфторуглеродов и азеотропных смесей на их основе, вредно воздействующих на экологию, полностью исключено.