А. Б. Антиликаторов

2.2 Классификация плат и метод их изготовления

В настоящее время разработано большое число конструктивно-технологических разновидностей коммутационных плат (КП). В зависимости от числа проводящих слоев КП разделяются на односторонние (ОПП), двусторонние (ДПП), многослойные (МПП), по конструктивному исполнению — на жесткие и гибкие платы (ГПП), а также платы с проводным монтажом (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Классификация коммутационных плат

ОПП выполняются на слоистом прессованном или рельефном литом основании без металлизации (рис. 2.2, а) или с металлизацией (рис. 2.2, б) отверстий. Платы на слоистом диэлектрике просты по конструкции и экономичны в изготовлении. Их применяют в бытовой РЭА, блоках питания, устройствах техники связи. Высокую технологичность и нагревостойкость имеют рельефные литые платы, на одной стороне которых расположен печатный монтаж, а на другой — объемные элементы. Более надежны в эксплуатации платы с металлизированными отверстиями.

Рис. 2.2. Конструктивные варианты ОПП и ДПП
ДПП имеют проводящий рисунок на обеих сторонах диэлектрического (рис. 5.2, в) или металлического (рис. 5.2, г) основания, а необходимые соединения выполняются с помощью металлизированных отверстий. Такие платы позволяют реализовать более сложные схемы, обладают повышенной плотностью монтажа и надежностью соединений, имеют лучший теплоотвод, однако требуют нанесения изоляционного покрытия и сложны в изготовлении. Расположение элементов печатного монтажа на металлическом основании позволяет решить проблему теплоотвода в мощной радиопередающей аппаратуре. ДПП используются в системах управления и автоматического регулирования, ЭВМ, измерительной технике.
МПП состоят из чередующихся слоев изоляционного материала и проводящего рисунка, соединенных клеевыми прокладками в монолитную структуру путем прессования. Электрическая связь между проводящими слоями выполняется перемычками, печатными элементами или химико-гальванической металлизацией. По сравнению с ОПП и ДПП МПП характеризуются повышенной плотностью монтажа и надежностью, устойчивостью к механическим и климатическим воздействиям, уменьшением размеров конструкции и сокращением количества контактов. Соотношение трудоемкости изготовления плат ОПП : ДПП : МПП = 1 : 4 : 20. Большая трудоемкость изготовления, высокая точность рисунка и совмещения отдельных слоев, низкая ремонтопригодность и сложность технологического оборудования, а также высокая стоимость позволяют применять МПП для тщательно отработанных конструкций электронно-вычислительной, авиационной и космической аппаратуры.
ГПП выполняются конструктивно как ОПП и ДПП, но на эластичном основании, и применяются для конструкций, подвергаемых вибрациям, изгибам, или когда плате после установки ЭРЭ необходимо придать компактную изогнутую форму. Разновидностью ГПП являются гибкие печатные кабели (ГПК), которые состоят из одного или нескольких слоев толщиной 0,06—0,3 мм с печатными проводниками и применяются для межблочного монтажа.
Проводные платы представляют собой диэлектрическое основание, на котором выполняют печатный монтаж или его отдельные элементы (контактные площадки, шины питания и заземления), а необходимые электрические соединения проводят изолированными проводами диаметром 0,1—0,2 мм. Трехслойная проводная плата эквивалентна по плотности монтажа восьмислойной МПП. Проводные платы нашли применение на этапах макетирования, разработки опытных образцов, в мелкосерийном производстве, когда проектирование и изготовление МПП неэкономично.
Методы изготовления плат разделяют на три группы: субтрактивные, аддитивные и последовательного наращивания (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Методы изготовления КП и нанесения рисунка
В субтрактивных методах (от лат. substratio — отнимание) проводящий рисунок образуется путем удаления фольги с незащищенных участков поверхности. Для этого на медную фольгу диэлектрика наносится рисунок схемы, а незащищенные участки фольги стравливаются. Дополнительная химико-гальваническая металлизация монтажных отверстий позволяет получать двусторонние платы комбинированными методами. К недостаткам субтрактивного химического метода относятся значительный расход меди и наличие бокового подтравливания элементов печатных проводников, что уменьшает адгезию фольги к основанию.
Указанного недостатка лишен аддитивный (от лат. additio — прибавление) метод изготовления ПП, основанный на избирательном осаждении химической меди на нефольгированный диэлектрик. При этом используют диэлектрик с введенным в его состав катализатором и адгезивным слоем на поверхности. Платы, изготовленные аддитивным методом, имеют высокую разрешающую способность (проводники шириной до 0,1 мм), затраты на производство таких плат снижаются на 30 % по сравнению с субтрактивными методами, экономятся медь, химикаты для травления и улучшается экологическая обстановка на предприятиях. Аддитивный метод имеет более высокую надежность, так как проводники и металлизация отверстий получают в едином химико-гальваническом процессе, устраняется подтравливание элементов печатного монтажа. Однако применение аддитивного метода в массовом производстве ограничено низкой производительностью процесса химической металлизации, интенсивным воздействием электролитов на диэлектрик, недостаточной адгезией проводников.
При полуаддитивном, или химико-гальваническом, методе на диэлектрическом основании сплошной токопроводящий слой получают химическим осаждением, а затем усиливают его до необходимой толщины в местах расположения печатных проводников и контактных площадок электрохимическим методом. В этом случае достигается лучшая адгезия рисунка ПП к диэлектрику (прочность на отрыв в 1,5 выше, чем у аддитивного). Толщина меди получается одинаковой на всех участках плат и в металлизированных отверстиях.
Метод последовательного наращивания применяют при формировании многослойной структуры на керамической плате, состоящей из чередующихся изоляционных и проводящих слоев. В изоляционных слоях в местах создания межслойных переходов выполняют окна, через которые при нанесении следующего проводящего слоя формируется электрическое межслойное соединение. При использовании толстопленочной технологии изоляционные и проводящие составы наносят путем трафаретной печати и затем вжигают. Преимущества этого метода — высокая надежность плат, большая гибкость при изменениях схемы, незначительные затраты на оборудование. Недостатки — наличие операции вжигания, невысокая производительность процесса.
Базовыми ТП в производстве ПП являются: нанесение рисунка схемы на основание; получение рисунка схемы (травление, электрохимическая металлизация); механическая обработка плат (сверление, пробивка отверстий); защита печатных проводников для обеспечения пайки; контроль параметров печатных проводников.