Печатные платы. Конструкции и материалы.

Публикации - Литература

А. Медведев

Серия книг:  "Мир Электроники"

Печатный монтаж – основное способ соединения электронных и радиоэлементов на печатной плате. От его совершенства зависят основные характеристики электронных устройств. Технологии печатного монтажа развиваются вслед за увеличением интеграции элементной базы таким образом, чтобы использовать все ее преимущества в увеличении плотности компоновки электронных узлов и блоков. 

Электроника – наиболее быстро развивающаяся область науки и техники: одно поколение сменяет другое каждые три-пять лет. Меняются и технологии печатных плат, сборки и монтажа компонентов, составляющих основу печатного монтажа. Базовые технологии печатных плат "обрастают" новыми приемами и операциями, расширяются их возможности за счет использования прецизионного оборудования, более качественных материалов.

В книге известного российского специалиста описаны схемы процессов, технологические операции, материалы, принципы тестирования и технологического обеспечения надежности соединений на печатных платах. 

Книга предназначена для технологов, специализирующихся в производстве печатных плат. Полезна она будет и конструкторам для осознанного выбора проектных норм конструирования, исходя из реального технологического состояния производства. Прочтение этой книги  положительно скажется на уровне управления производством. Преподаватели технических университетов и колледжей могут рекомендовать ее в качестве учебного пособия по курсу “Конструирование и технология производства электронной аппаратуры”.

Издательство  "Техносфера"

 

Содержание

Конструкции и схемы изготовления печатных плат

1.1. Почему «печатная плата»?

1.2. История

1.3. Классификация конструкций печатных плат

1.4. Методы изготовления печатных плат

1.4.1. Субтрактивные методы

1.4.1.1. Химический метод

1.4.1.2. Механическое формирование зазоров (оконтуривание проводников)

1.4.1.3. Лазерное гравирование

1.4.2. Аддитивные методы

1.4.2.1. Фотоаддитивный процесс

1.4.2.2. Аддитивный процесс

1.4.2.3. Нанесение токопроводящих красок или металлонаполненных паст

1.4.2.4. Горячая запрессовка металлического порошка (тиснение)

1.4.2.5. Штампование схем

1.4.2.6. Метод переноса

1.4.2.7. Общая оценка аддитивных методов

1.4.3. Полуаддитивные методы

1.4.3.1. Классический полуаддитивный метод

1.4.3.2. Аддитивный метод с дифференциальным травлением

1.4.3.3. Рельефные платы

1.4.4. Комбинированные методы

1.4.41. Комбинированный негативный метод

1.4.42. Комбинированный позитивный метод

1.4.43. Тентинг-метод

1.4.5. Выбор методов изготовления печатных плат

1.5. Методы изготовления многослойных печатных плат

1.5.1. Введение

1.5.2. Метод попарного прессования

1.5.3. Метод открытых контактных площадок и выступающих выводов

1.5.2. Метод послойного наращивания

1.5.3. Метод металлизации сквозных отверстий

1.5.4. МПП с микропереходами

1.5.4.1. Обоснование необходимости

1.5.4.2. МПП со скрытыми микропереходами на наружных слоях

1.5.4.3. Комбинация методов металлизации сквозных отверстий и послойного наращивания

1.5.5. Гибкие печатные платы

1.5.6. Выбор методов изготовления печатных плат

Элементы конструирования печатных плат

2.1. Корпуса микросхем

2.1.1. Конструкции корпусов микросхем

2.1.2. Непосредственный монтаж кристаллов на подложку

2.1.3. Микрокорпуса (CSP)

2.1.4. Количество выводов и степень интеграции микросхем

2.2. Координатная сетка

2.3. Элементы проводящего рисунка

2.3.1. Печатные проводники

2.3.2. Металлизированные отверстия

2.3.3. Монтажные контактные площадки. Финишные покрытия

2.3.4. Контактные покрытия

2.3.5. Топология токопроводящего рисунка

2.3.6. Избирательная лаковая защита (паяльная маска)

2.3.7. Деформация печатных плат

2.4. Плотность межсоединений

2.4.2. Влияние размеров контактных площадок на плотность трассировки

2.4.3. Уменьшение ширины проводников и зазоров

2.4.4. Увеличение количества слоев

2.4.5. Оценка плотности межсоединений

2.5. Быстродействие

2.5.1. Задержка сигналов

2.5.2. Погонная емкость

2.5.3. Волновое сопротивление

2.6. Энергопотребление

2.6.1. Цепи питания

2.6.2. Сопротивление цепей

2.6.3. Токонесущая способность проводников

2.7. Элементы кондуктивного теплоотвода

2.8. Себестоимость

Базовые материалы

3.1. Общие понятия

3.2. Фольга

3.2.1. Электролитическая фольга (ED foil — electrodeposited copper foil)

3.2.1.1. Шероховатость

3.2.1.2. Покрытия, создающие термический барьер

3.2.1.3. Пассивационные и антиоксидантные покрытия

3.2.1.4. Аппретирование

3.2.1. Фольга с обработкой обратной стороны (RTF - Reverse-treated foil)

3.2.2. Отожженная катаная фольга

3.2.3. Другие типы фольги

3.2.3.1. Фольга с двусторонней обработкой (DTF - Double-Treated Copper Foil)

3.2.3.2. Тонкомерная фольга

3.2.3.3. Резистивная фольга

3.2.3.4. Фольга из других металлов

3.3. Связующие

3.3.1. Общие сведения о связующих

3.3.1.1. Полимеры

3.3.1.2. Строение молекул полимеров

3.3.1.4. Стадии отверждения полимеров

3.3.1.5. Общие свойства полимеров

3.3.2. Температурные фазовые переходы в полимерах

3.3.3. Эпоксидные смолы

3.3.3.1. Общие свойства

3.3.3.2. Диановые (дифункциональные) эпоксидные смолы

3.3.3.3. Тетра- и многофункциональные эпоксидные смолы

3.3.4. Другие связующие

3.3.4.1. Эпоксидные композиции

3.3.4.2. Бисмалеимид Триазин (ВТ - Bismaleimide Triazine)

3.3.4.3. Цианатный полиэфир

3.3.4.4. Полиимиды

3.3.4.5. Полибензимидазолы и полибензоксазолы

3.3.4.6. Полисульфоны

3.3.4.7. Сложные полиэфиры

3.3.4.2. Ненасыщенные олигоэфиры (полиэфиры)

3.3.4.3. Простые полиэфиры

3.3.4.4. Политетрафторэтилен

3.3.4.11. Фенолоальдегидиые смолы

3.4. Армирующие наполнители композиционных материалов

3.4.1. Силикатные наполнители

3.4.1.1. Составы электротехнических стекол

3.4.1.2. Стеклянные волокна

3.4.1.3. Стеклянные ткани

3.4.2. Другие наполнители

3.4.2.1. Стеклянный шпон

3.4.2.2. Арамидные волокна

3.4.2.3. Бумага

3.4.3. Простые наполнители

3.5. Технология изготовления материалов диэлектрического основания

3.6. Основные типы фольгированных материалов

3.6.1. Сортамент композиционных материалов для диэлектрических материалов

3.6.2. Распространенные типы фольгированных материалов

3.6.2.1. Гетинакс (ГФ)

3.6.2.2. Эпоксидный гетинакс (FR-3)

3.6.2.3. Эпоксидный стеклотекстолит (СФ, G-10)

3.6.2.4. Нагревостойкий эпоксидный стеклотекстолит (СФН)

3.6.2.5. Нагревостойкие огнестойкие эпоксидные стеклотекстолиты (FR)

3.6.2.6. Полиэфирные текстолиты

3.6.2.7. Полиимид и цианатный полиэфир, армированные нагревостойкими тканями

3.6.2.8. Комбинации материалов

3.6.2.9. Склеивающие материалы

3.7. Свойства фольгированных материалов

3.7.1. Физико-механические свойства

3.7.1.1. Подготовка образцов к испытаниям

3.7.1.2. Механическая прочность

3.7.1.3. Релаксация

3.7.1.4. Плотность

3.7.1.5. Водопоглощение, влагостойкость

3.7.1.5. Температурный коэффициент линейного расширения

3.7.1.6. Теплопроводность материала основания

3.7.1.7. Огнестойкость (горючесть)

3.7.1.8. Коробление

3.7.1.9. Нагревостойкость

3.8. Прочность сцепления фольги с диэлектриком

3.8.1. Методические вопросы

3.8.1.1. Способы отрыва фольги

3.8.1.2. Зависимость усилия отрыва от толщины фольги

3.8.1.3. Приспособление для отрыва фольги

3.8.1.4. Ширина полоски фольги для отрыва

3.8.1.5. Определение стойкости к воздействию пайки (термоудару)

3.8.1.6. Определение стойкости к воздействию химический растворов

3.8.1.7. Стойкость к условиям, имитирующим гальванический процесс

3.9. Электрические испытания

3.9.1. Сопротивление диэлектрика

3.9.1.1. Сопротивление токам утечки по объему и по поверхности

3.9.1.2. Сопротивление токам утечки вдоль поверхности слоистых пластиков

3.9.2. Электрическая прочность изоляции

3.9.2.1. Стандартные испытания электрической прочности

3.9.2.2. Электрическая прочность вдоль слоев

3.9.3. Диэлектрическая проницаемость

3.9.4. Диэлектрические потери

3.9.5. Электрическое сопротивление фольги 3.10. Размерная стабильность тонких фольгированных стеклотекстолитов

Фотошаблоны

4.1. Материалы фотошаблонов - носители изображений

4.1.1. Общие свойства фотоматериалов

4.1.2. Серебросодержащие фотоматериалы

4.1.3. Диазопленки

4.1.4. Фотопленки для изображения фотошаблонов

4.1.4.1. Общие сведения

4.1.4.2. Влияние влажности

4.1.4.3. Влияние температуры

4.1.4.4. Влияние режимов обработки

4.1.4.5. Размерная стабильность

4.1.4.6. Эффект "Серебряного слоя"

4.1.4.7. Время релаксации фотопленки

4.1.4.8. Неравномерность свойств фотопленок в Х и Y направлениях

4.1.4.9. Гистерезис

4.1.4.10. Подготовка фотошаблонов к работе

4.1.4.11. Создание условий вакуумной гигиены в рабочих помещениях - "чистые комнаты"

4.1.4.12. Пример расчета изменения размеров фотопленки

4.1.5. Фотостекла

4.2. Принципы прорисовки фотошаблонов

4.2.1. Методы ручной работы

4.2.1.1. Вычерчивание

4.2.1.2. Метод аппликации примагничивающимися элементами

4.2.1.3. Аппликация липкой лентой

4.2.1.4. Метод скрайбирования двухслойной пленки

4.2.1.5. Резание по эмали

4.2.2. Автоматические методы изготовления фотошаблонов

4.2.2.1. Векторный метод вычерчивания изображений

4.2.2.2. Наборный принцип

4.2.2.3. Растровый принцип

4.2.2.4. Возгонка масочного покрытия

Процессы печати

5.1. Введение

5.2. Фотолитография

5.2.1. Фотополимеры

5.2.2. Фоторезисты

5.2.3. Процессы при экспонировании фоторезистов

5.2.4. Разрешающая способность

5.2.5. Экспонирования фоторезиста

5.2.6. Инженерное обеспечение качества изображения

5.2.7. Материалы паяльных масок

5.3. Трафаретная печать

5.4. Офсетная печать

Системы совмещения

6.1. Погрешности совмещения элементов межсоединений

6.1.1. Основные понятия о совмещении

6.1.2. Математическая модель погрешностей совмещения

6.1.3. Позиционные погрешности

6.1.3.1. Случайные погрешности

6.1.3.2. Систематические погрешности

6.1.4. Линейно зависимые погрешности

6.1.5. Суммарные погрешности

6.1.6. Размеры элементов совмещения

6.1.7. Пример расчета конструкционных размеров

6.1.7.1. Суммарные погрешности совмещения элементарных соединений

6.1.7.2. Минимальный размер контактной площадки

6.1.7.3. Надежность соединения

6.2. Системы совмещения

6.2.1. Виды систем совмещения

6.2.1.1. Размещение штифтов по одной стороне заготовки

6.2.1.2. Четырехслотовая система

6.2.1.3. L-конфигурация

6.2.1.4. Оптические системы совмещения

6.2.2. Оценка систем совмещения

6.2.3. Оптическая система совмещения

6.2.4. Оценка точности систем совмещения

6.2.4.1. Автоматическая, оптическая система совмещения (MASS

6.2.4.2. Сравнение погрешностей

6.3. Анализ погрешностей совмещения

6.3.1. Выделение составляющих погрешностей совмещения

6.4. Управление совмещением в производстве

6.4.1. Подготовка информации

6.4.1.1. Общие меры

6.4.1.2. Изменение формы контактных площадок

6.4.1.3. Формирование технологического контура

6.4.1.4. Симметрирование слоев МПП

6.4.2. Изготовление фотошаблонов

6.4.3. Сверление отверстий

6.4.3.1. Общие меры предотвращения смещения

6.4.3.2. Корректирование масштабной компенсации

6.4.4. Прессование

6.4.4.1. Обеспечение симметричности конструкции платы, подбор базовых материалов

6.4.4.2. Направление волокон стеклоткани

6.4.5. Обеспечение стабильности окружающей среды

Процессы печати

7.1. Введение

7.2. Химические принципы процессов травления

7.2.1. Электрохимический ряд напряжений металлов

7.2.2. Принципы травления металлов

7.2.2.1. Травление с выделением водорода

7.2.2.2. Травление с восстановлением кислорода

7.2.2.3. Травление с образованием комплексов

7.3. Травящие растворы в производстве печатных плат

7.3.1. Процессы и параметры травления

7.3.2. Травление в растворе хлорного железа (III)

7.3.3. Травление в персульфате аммония

7.3.4. Травление в кислом растворе хлорида меди (II)

7.3.5. Травление в растворе хромовой кислоты

7.3.6. Травление в растворе перекиси водорода

7.3.7. Травление в щелочном растворе хлорида натрия

7.3.8. Травление в аммиачном комплексе хлорной меди

7.3.9. Осветление металлорезиста олово-свинец

7.4. Техника травления

7.5. Профильное травление

7.6. Очистка отверстий после сверления

7.6.1. Причины наволакивания смолы на стенки отверстий

7.6.2. Перманганатная очистка

7.6.3. Плазмохимическая очистка

7.6.4. Двойное сверление