4 (Конспект из 10 лекций, преподаватель Добряков Виктор Александрович)

ТЕМА 4

Многослойные печатные платы.

МПП

Без межслойных соединений

С межслойным соединениями химико-гальванической металлизацией

С межслойными соединениями объемными деталями

Штифтами, шты- рями, заклепками

Метод выступающих выводов

Металлизация сквозных отверстий

Метод открытых контактных площадок

Метод послойного наращивания

Объемными перемычками

Метод попарного прессования

Метод выступающих выводов:

Каждый слой представляет собой изоляционный материал с проводящим рисунком. Через сквозные перфорированные окна из внутренних слоев выходят выводы ввиде полосок фольги, являющихся продолжением рисунка слоев.

Выступающие выводы отгибаются и закрепляются на внешних слоях платы с помощью специальных колодок, устанавливаемых на клей.

Этим методом изготавливают МПП до 10 слоев для монтажа ИМС с планарными выводами. Они обладают высокой механической прочностью, надежностью в эксплуатации, однако плохо поддаются механизации и автоматизации при производстве и не пригодны для монтажа ЭРЭ со штыревыми выводами.

Метод открытых контактных площадок

Диэлектрические слои с проводящим рисунком соединены склеивающими прокладками

Лицевая поверхность платы имеет отверстия, открывающие доступ к контактным площадкам внутренних слоев, к которым при сборке и монтаже подпаиваются либо проволочные перемычки, либо планарные выводы ИМС. Такие МПП имеют до 6-ти слоев

Достоинства:

• - простота в приготовлении

• - низкая трудоемкость

Недостатки:

• - затруднена установка ЭРЭ со штыревыми выводами;

• - необходима специальная оснастка для сложной формовки выводов.

• - малое число слоев;

• - плохо ремонтируются;

• - не поддаются механизации и автоматизации.

Метод металлизации сквозных отверстий

Внутренние слои спрессовываются со склеивающими диэлектрическими прокладками. Затем сверлятся отверстия и производится их металлизация аналогично ДПП.

Достоинства:

• - практически не имеют ограничения числа слоев (opt число 12)

• - пригодны для установки как штыревых так и планарных ИМС и ЭРЭ

• - имеют высокую плотность монтажа

• - имеют хорошее качество соединений

• - имеют удовлетворительную ремонтнопригодность

• - хорошо поддаются автоматизации и механизации изготовления, сборки и монтажа.

Этот метод получил наибольшее применение.

Метод послойного наращивания

Диэлектрические слои с металлизированным рисунком имеют перфорированные отверстия, в которых гальванически наращиваются проводящие столбики, соединяющие два или несколько слоев.

Такие МПП имеют до 5 слоев и предназначены для монтажа на них навесных элементов с планарными выводами.

Достоинства:

• - имеют наивысшую плотность рисунка схемы;

• - надежные межслойные соединения.

Недостатки:

• - не ремонтируются

• - не допускают установки ЭРЭ со штыревыми выводами

• - трудоемки в изготовлении

• - не поддаются механизации и автоматизации

Метод попарного прессования

Пара плат соединяются склеивающей диэлектрической прокладкой. Межсоединения выполнены попарно металлизированными отверстиями (т.е. получается 4 слоя проводящего рисунка).

ДПП

Диэлектрик

ДПП

Достоинства:

• Можно монтировать как ЭРЭ с планарными выводами, так и со штыревыми, но с меньшей плотностью размещения

• высокая плотность монтажа

• технологичность

• возможность механизации и автоматизации

Недостатки:

• - пониженное качество металлизированных отверстий соседних слоев

• - затруднен ремонт

• - малое число слоев

• - МПП ограничены по размерам

Методы с межслойными соединениями объемными деталями

Штифт Пустотелая заклепка

Послойно соединяются диэлектрические слои с помощью штифтов, пустотелых заклепок и других подобных деталей, покрытых легкоплавким припоем.

Эти детали нагреваются после запрессовки их в отверстия, покрытие оплавляется и коммутирует слои МПП. Такие МПП имеют 4-6 слоев, их применение ограничено, т.к. их изготовление трудоемко, плохо поддается механизации и автоматизации и надежность межсоединений не всегда обеспечивается.

Выбор варианта конструкции МПП определяется следующими факторами:

• -универсальностью применения той или иной элементной базы;

• -реализуемой плотностью монтажа;

• -экономически целесообразными размерами плат;

• -max возможным числом слоев;

• -степенью надежности межслойных соединений;

• -ремонтноспособностью и возможностью внесения изменений в схему;

• -технологичностью (существующим парком технологического оборудования);

• -возможностью механизации и автоматизации производства самих плат и сборочно-монтажных процессов.

Практический опыт изготовления МПП показывает, что в наибольшей степени приведенным факторам удовлетворяют МПП с металлизацией сквозных отверстий.

Для изготовления КУ ФЯ на МПП используются также толсто- и тонкопленочная технологии.

Толстопленочная технология многослойных плат обеспечивает изготовление КУ аналогичных по разрешающей способности МПП, но с меньшими экономическими затратами.

Тонкопленочная технология многослойных плат обеспечивает более высокую плотность соединений КУ.

Освоенная промышленностью технология получения двухслойных гибких плат на полиамидной пленке позволяет путем их склеивания и последующего крепления на жесткое основание получать многослойные структуры. Жесткими основаниями могут выступать ПП, анодированный алюминий или эмалированные подложки, имеющие свою структуру печатных или пленочных элементов. Соединения КП полиамидных плат с КП основания осуществляют групповой пайкой в вакууме.

Рассмотренные технологические методы получения КУ ячеек обладают одним общим недостатком. Они неадаптивны к возможным изменениям трасс коммутационных проводников. Использование проволочных перемычек в многослойных структурах редко возможно. Таким образом, даже при не значительном изменении схемы необходима доработка технологии КУ с последующим перевыпуском платы.

От этого недостатка свободны печатно-проводные платы, являющиеся своеобразным аналогом МПП. Ряд "слоев" КУ выполняется из тонких монтажных проводов, укладываемых на поверхности основания монтажным роботом с ЧПУ. Основанием обычно является ОПП или ДПП с металлизированными отверстиями и собственной коммутацией.

Печатно-проводные платы.

По методу "Тиерс"(США) монтажная головка робота разводит провод диаметром 0,1 мм в полиуретановой изоляции по запрограммированной трассе с зачисткой конца провода, пайкой к облуженным КП ДПП и последующей обрезкой.

ЭРЭ и компоненты устанавливаются с противоположной стороны.

1. Монтажный провод

2. Контактная площадка

3. Металлизированное монтажное отверствие

4. Навесной ЭРЭ

5. Рисунок ПП

6. Основание платы

Рис.4-8

Модификацией этого метода является присоединение проводов к КП сваркой –

метод стич-вайер (США). В этом случае соединения более устойчиво к ударам и вибрациям. Для монтажа применяют одножильный никелевый провод диаметром 0,25 мм в фторопластовой изоляции, а монтажные площадки выполняются из нержавеющей стали. Это обеспечивает необходимую прочность и коррозионную стойкость сварочного соединения.

1. Электрод

2. Провод

3. Трубчатый электрод

4. КП из нержавеющей стали

5. Основание платы

При сварке необходимо симметричное расположение КП 4 с двух сторон платы. Материал основания платы должен быть нагревостойким.

В процессе сварки провод 2 подается через трубчатый электрод 3 и прижимается к монтажной площадке с некоторым усилием. Под давлением происходит удаление изоляции, сплющивание провода и образование контакта между металлами. Нижний электрод 1 подается к противолежащей монтажной площадке. От источника питания подается большой импульс тока длительностью 2,5 мсек, обеспечивающий сварку. Кратковременность импульса вызывает небольшое выделение тепла, поэтому не оказывает влияние на прочность сцепления фольги с основанием платы и припоя с печатным монтажом. Прочность сварного соединения составляет 85% предела прочности провода на разрыв.

Автомат с ЧПУ со сваркой контактных соединений имеет координатный стол и сварочную головку. Производительность 500 соед./час (при ручной 100 соед./час).

По методу "Мультивайер" (США) изолированный провод диаметром 0,16мм раскладывается монтажной головкой с одной или двух сторон гибкой или жесткой платы, покрытой клейкой термореактивной пластмассой. После размещения проводов они запрессовываются в плату. Соединения между проводами производят сверлением отверстий и их металлизацией, либо другими приемами.

Укладку монтажного провода осуществляют с помощью специальной головки, оснащенной ультразвуковым прижимом 1,.ножом-отсекателем 2 и трубкой 4, проводящей провод 3 в термореактивной пластмассе 5 (адгезиве).

Профиль наконечника прижима позволяет удерживать провод в определенном положении в процессе укладки .

Режим работы прижима: Частота ультразвуковых колебаний 45 кГц, амплитуда 0,01мм, давление Р=0,016-0,018 МПА

Сначала провод подается из направляющей трубки на заданную величину под рабочую часть ультразвукового прижима. Ультразвуковые колебания обеспечивают размягчение пластмассы (адгезива) и утапливание в нее провода на 0,5 диаметра. Для прочного закрепления конца провода его выдерживают некоторое время под давлением без УЗ-колебаний. Затем осуществляется трассировка провода с непрерывной укладкой его в адгезив с наложением УЗ-колебаний. После окончания трассировки головка останавливается и провод отрезается ножом 2. Полное погружение проводников в слой адгезива и его окончательное затвердевание происходят в результате прессования при t=180*С под давлением 1,0-1,5МПА.

Плата с прочно закрепленными в адгезиве монтажными проводами подается на сверление. Отверстия сверлят таким образом, чтобы проводник в плане располагался по оси симметрии отверстия (см рис.). В результате сверления возможно наволакивание диэлектрических материалов на торцы проводов, поэтому необходима тщательная гидроабразивная очистка отверстий. Поверхность контакта (торца) монтажного провода составляет 0,03 мм² (у печатных проводников 0,1-0,4 мм²).