Технологии производства печатных плат и поверхностного монтажа
тел.:  (495) 964 47 48
факс: (495) 964 47 39
РТС Инжиниринг
Третье десятилетие в бизнесе!
 

Наиболее часто задаваемые вопросы по технологии производства печатных плат

Какой класс чистоты должен быть на производственных участках?

Класс чистоты определен в ГОСТ53432-2009 и ГОСТ 14644-1-99.

Отличия терминов «PinLam», «PinLess», «MassLam».

«PinLam» - метод совмещения слоев печатных плат с помощью специальных слотовых штифтов, отличительной особенностью которого является возможность направленных размерных изменений (подвижек) слоев в процессе прессования. При этом размерные  изменения, возникающие при прессовании, имеют пропорциональный, линейный характер от центра заготовки к ее периферии, Это упрощает алгоритм  их компенсации.

«PinLess» («MassLam», бесштифтовый метод и др.) – метод  совмещения слоев путем жесткой фиксации их между собой по периферии заготовки. Фиксация может быть сваркой (бондирование), заклепками, цилиндрическими штифтами (последний очень распространен в РФ). При этом размерные изменения, возникающие при прессовании, носят нелинейный, плохо прогнозируемый характер и требуют усложненного алгоритма  компенсации ( более подробно можно посмотреть в моих статьях на соответствующем разделе нашего сайта).

Кроме того жесткая фиксация слоев по периферии заготовки провоцирует возникновение  в процессе прессования значительных внутренних напряжений приводящих к сильному короблению спрессованных многослойных печатных плат, недопустимого при поверхностном монтаже, особенно крупногабаритных микросхем (может приводить к повреждению микросхем и паяных соединений

Сущность, преимущества и недостатки  методов совмещения слоев в печатных плат «PinLam» и «PinLess».

Преимущества «PinLam»:
- не имеет ограничения по кол-ву слоев;
- очень прост в технологическом освоении.

Недостатки «PinLam»:
- необходима специальная установка для пробивки слотов на слоях;
- необходимы прецизионные прессформы с слотовыми слоями.

Преимущества «PinLess» («MassLam», бесштифтовый метод и пр.):
- прессформы проще.


Недостатки «PinLess» («MassLam», бесштифтовый метод и пр.):
- ограничение по числу слоев;
- сложное технологическое освоение, как на стадии начального внедрения (особенно для варианта с заклепками), так и при эксплуатации (особенно для варианта с
оптическим совмещением с последующим бондированием);
- увеличенные внутренние напряжения,   приводящие к повышению вероятности   возникновения коробления.

Оба способа совмещения применяются на практике. При выборе  необходим  тщательный  анализ  того,   какие   из указанных преимуществ и недостатков  наиболее существенны для конкретного производства. Выбирать следует метод, который в условиях Вашего конкретного производства будет иметь наибольшее количество преимуществ.

(Подробнее см. раздел «Статьи».)

Правда ли,что «PinLess» более точен.

Существует некоторое заблуждение, что «PinLess»  может реализовать более точные характеристики печатных плат, чем «PinLam». Действительно начальное совмещение (после первого этапа возникновения размерных изменений после частичного стравливания меди при формирования проводящего рисунка слоев )при «PinLess» более точное, т.к. проводится, как правило, оптическим способом, а при «PinLam» механическим. При этом разница в точности совмещения может составлять 10-15 мкм.

Однако   размерные изменения до 150-200 мкм, возникающие при прессовании;   сложный алгоритм  компенсации нелинейных размерных изменений для «PinLess»;  а также сложность технологического освоения метода «PinLess» в целом - в значительной степени сводит   «на нет»   эти    начальные точностные преимущества «PinLess» и,  более того, делает  их  проигрышными при оценке точностных характеристик метода «PinLess» в целом, особенно для многослойных печатных плат более 10-ти слоев.

Отличия терминов «тентинг», субтрактивный метод, негативный метод, комбинированный позитивный метод, полуаддитивный метод. 

На самом деле все приведенные термины относятся только к двум технологическим вариантам.

«Тентинг» ( субтрактивный метод, негативный метод) – метод формирования проводящего рисунка травлением меди по фоторезисту с использованием негативного ФШ (там, где должна остаться медь – белое).

Комбинированный позитивный  (полуаддитивный) метод - метод   формирования проводящего рисунка гальваническим нанесением меди в канавки фоторезиста, сформированные с помощью позитивного ФШ (там, где проводники  - черное). С последующим стравливанием медной шины (проводники защищены металлорезистом).

Почему  позитивный метод теряет преимущество прецизионности?

Ранее  позитивный (полуаддитивный) метод считался способным формировать более прецизионный рисунок, чем тентинг. Однако с появлением травильных машин, обеспечивающих высокий фактор травления (до 7-8 на толщинах меди 30 мкм и более) и высокую равномерность травления  по полю заготовки (Infinity ф Шмид и аналогичных), а также широкого использования сквозных отверстий малого диаметра   -  позитивный метод (особенно учитывая его многооперационность) утратил свои преимущества по сравнению с негативным («тентингом»). (Подробнее см. раздел «Статьи».)

Какие классы и категории используются при спецификации печатных плат в отечественных и импортных стандартах? В чем их суть и отличия? 

Классы точности и иные характеристики  печатных плат используемые при конструировании специфицированы   ГОСТ 23 751. Этот стандарт  специфицировал  ширины линий/зазоры  проводящего рисунка, а также отношение диаметра сквозных отверстий к их длине (толщине печатных плат) (величина обратная «aspect ratio») и относил все печатных плат к 5-ти классам точности.

В 2009 г этот стандарт был заменен на ГОСТ Р 53429-2009, который специфицирует печатных плат на 7 классов точности в зависимости от ширины проводника и зазора между ними ( спецификация по параметру  «aspect ratio» отверстий  исключена). ГОСТ 23 752 определяет различные параметры печатных плат контролируемые при приемо сдаточных и иных испытаниях (периодических, типовых, конструктивных).

Этот стандарт специфицирует группы жесткости при испытаниях печатных плат (их 4 и они указываются, как правило, в КД на печатных плат. Также этот стандарт описывает методики проведения испытаний.

Международные стандарты IPC\ANSI (очень рекомендую пользоваться ими как справочными) делят печатных плат на 3 эксплуатационных класса (в зависимости от условий их эксплуатации). Недавно IPC\ANSI ввела в свои стандарты  4-ый класс.

Необходимо также иметь ввиду, что западные стандарты специфицируют фольгированные базовые материалы для печатных плат по толщине диэлектрика (без учета толщины фольги). Отечественные стандарты специфицируют фольгированные материалы по абсолютной толщине (с учетом толщины фольги).

Какие могут быть варианты депанелизации на заготовках печатных плат?

У печатных плат всегда есть технологическая периферия, которая используется для собирания пузырьков при прессовании и в качестве поля, в котором расположены различного рода технологические купоны. Эта периферия должна быть отделена при окончательном формировании контура печатных плат. Методы этого отделения могут быть следующими:

- Скрайбирование дисковыми фрезами – возможно только для прямоугольного контура, выполняется одновременно с двух сторон печатных плат (рекомендуемая форма реза см IPC 2222, IPC SM782, IPC 7351);

- Скрайбирование пальчиковым скрайбером – можно делать сложные контуры на фрезерных станках, требует переворота применяется редко (дорогой инструмент,  трудности с выламыванием сложных контуров, сложный алгоритм с переворотом – поэтому проигрывает в конкурентном сравнении с сверлеными перемычками);

- Фрезерование по контуру с перемычками, сверление отверстий в перемычках, выламывание, при необходимости зачистка заусенцев. (Возможен вариант: скрайбирование перемычек с последующим выламыванием).

  Варианты паяемых покрытий, сферы и особенности  их применения.

В настоящее время используется большое разнообразие паяемых покрытий печатных плат:

- HAL (HALS) –горячее лужение с последующим выравниванием (отечественный аналог ГОР ПОС), отличная стойкость к перепайками, отличная паяемость и сохранение паяемости,  лучше работает  с печатных плат покрытыми паяльной маской, планаризация достаточная для пайки BGA при условии оптимального подбора режима сдувания (выравнивания) и применения припойной пасты.

- Иммерсионное золото Ni 2,5-6 мкм; Au 0,03- 0,2 мкм (отечественный аналог Н6 Зл0,2) –наносится химическим способом, можно паять без предварительного смывания золота (золота недостаточно для образования интерметаллидов), пайка по Ni – нужен специальный флюс и режим с увеличенным временем. Склонно к образованию «черных КП». Вариант Ni-Pd-Au не образует «черных КП». Хорошая стойкость к перепайкам и хорошее сохранение паяемости. Иногда называют Flash Gold. При максимальной толщине золота – 0,2 мкм на покрытые ламели возможна приварка золотой проволоки (при тщательном подборе режима сварки и хорошей воспроизводимости его параметров).

- Мягкое золото (Soft Gold) – Ni 2,5-6 мкм + Au до 1мкм – золото доращивается гальваникой, возможна как пайка без предварительного смывания золота (золота недостаточно для образования интерметаллидов;  реально пайка  происходит по Ni – требует  специального флюса и режима с увеличенным временем пайки), так и сварка золотой и алюминиевой проволокой.

- Твердое золото (Hard Gold) – Ni 2,5-6 мкм; Au+Co(1%) до 3мкм (отечественный аналог Н6 ЗлК 3); -  наносится гальваникой, для пайки не используется, предназначено для селективного покрытия ламелей концевых контактов, особенно при необходимости многократного контактирования (требует наличия аналогичного покрытия на ответных контактах разъемов, как правило, врубных).

- Иммерсионное олово, иммерсионное серебро, OSP обладают существенно худшими свойствами по стокости к перепайкам и сохранению паяемости. Используются как правило для изделий с относительно не высокими требованиями по надежности и условиями эксплуатации (товары народного потребления).

Методы электротестирования печатных плат.  Особенности применения, преимущества и недостатки.

Адаптерный метод – требует изготовления  сложного адаптера с контактными иглами на каждую ламель и разведением их в матрицу с регулярным шагом. Контроль очень быстрый, так как коммутация электронная. Не годится для многономенклатурного производства, т.к. каждый типо-номинал платы требует изготовления сложного и дорогого контактора. (Они долго делаются, их надо где-то хранить и т.д.). КП д.б. с одной стороны печатных плат.

«Летающие щупы» - перемещение щупов по программе, возможно оснащение «щупами Кельвина» (четырех зондовые щупы) и измерение сверхмалых сопротивлений (например сопротивления столба металлизации отверстия). Производительность существенно меньше чем у адаптерного метода, особенно при использовании «щупов Кельвина». Время контроля сложной многослойных печатных плат может быть более 1 часа на одну плату. Больше подходит для многономенклатурного производства.

ЭК с использованием сканера Acceler8 - Сканирующее устройств состоит из 4000 щупов диаметром 0,1 мм. Сканер снимает   электрическую картину платы за один проход, не повреждая   ламели и контактные площадки. Сканируя обе стороны, Acceler8 позволяет проверить 90% цепей, оставляя всего 10% на контроль
при помощи "летающих" щупов, значительно уменьшая  общее время тестирования. Объединение Acceler8 и тестера с "летающими" щупами – решение для увеличения скорости и повышения производительности участка электроконтроля. Плата устанавливается в зажим на Acceler8, сканируется 90%  цепей,  затем она устанавливается в тестер с "летающими"   щупами,  в него загружаются данные  предыдущей проверки (по сети или с носителя), и происходит проверка, оставшихся 10%  цепей.

Почему влагозащиту УР 231 и ЭП4100 необходимо наносить многократно тонкими слоями. Что может быть альтернативой этим покрытиям.

Любые влагозащитные лаки не являются абсолютно влагонепроницаемыми. Для реализации функции влагозащиты в течении всего жизненного цикла РЭА необходимо нанести достаточную их толщину. Лаки УР 231 и ЭП4100, при одномоментном нанесении толстыми слоями (более 30 мкм), отверждаются  с большими внутренними напряжениями в результате чего трескаются и даже повреждают паяные соединения и компоненты. Т.е для набора достаточной толщины при  одновременном обеспечении малых внутренних напряжений необходимо наносить несколько слоев (не менее 3-х) этих влагозащитных лаков.

Альтернативой могут служить т.н.  эластичные «толстые лаки», полиуретановые или силиконовые, которые можно селективно наносить не затрагивая контактные участки печатных плат сразу толстым слоем, достаточным для влагозащиты в течении всего жизненного цикла РЭА. Другой  альтернативой может служить нанесение парилена, обладающего высокими влагозащитными свойствами в тонких слоях. Однако парилен наносится в вакууме при этом вызывает перегрев узлов  т.е. требует дополнительных систем охлаждения – все это ограничивает габариты защищаемых узлов (т.к. требует специального оборудования) и существенно затрудняет селективное нанесение.

 Что должно быть критерием выбора  фоторезиста (ФР) в связи с широким распространением прямого экспонирования?

Основными техническими характеристиками ФР являются:

-  требуемая удельная энергия экспонирования (определяет производительность технологического оборудования на операции экспонирования при работе с данным ФР);

- разрешение (минимально возможный фрагмент, который можно сформировать с помощью данного ФР) (большинство травильных ФР позволяют формировать проводники с мин. параметром линия/зазор 80/80 мкм; специальные ФР – 20/20 мкм, но они требуют значительно большей удельной энергии экспонирования).

Примечание. Каждый резист требует настройки – подбора оптимального режима экспонирования (так же, между прочим, как и на установках оптического экспонирования). Импортные резисты изготовителям оборудования известны и по ним накоплена база оптимальных режимов экспонирования. Режимы экспонирования отечественных резистов надо подбирать самим, либо можно передать ламинированные образцы изготовителям установок и они подберут оптимальный режим экспонирования сами.

Следует иметь ввиду, что фотоформируемые паяльные маски требуют существенно больших удельных энергии экспонирования по той простой причине, что являются базовыми материалами и должны сохранять эксплуатационную стойкость в течении всего жизненного цикла печатных плат. В отличие от травильных ФР, которые  являются технологическими материалами и удаляются  сразу после завершения процесса травления.

Также следует иметь ввиду, что дешевые травильные ФР, как правило, имеют  большую  требуемую удельную энергию экспонирования. К сожалению отечественные резисты (травильные и ПМ) имеют тот же недостаток (имеют  бо?льшую  требуемую удельную энергию экспонирования).

Появившиеся в начале десятилетия установки прямого экспонирования, сперва не получили широкого распространения из-за дороговизны, требующихся для их работы специальных ФР. Современные установки прямого экспонирования могут работать со стандартными ФР. Их источники постоянно совершенствуются в сторону удешевления, увеличения производительности при работе со стандартными ФР и повышения разрешения.

С другой стороны в связи с удешевлением специальных ФР некоторые производители печатных плат предпочитают покупать эти ФР, компенсируя несколько более высокую их цену,  более высоким увеличением производительности на операции прямого экспонирования.

Установки  марки Ledia ф. Screen за счет своих уникальных источников экспонирования с модуляцией многоволнового светодиодов может обеспечить режим экспонирования с одинаковой полимеризацией паяльной маски по толщине, что позволяет, в свою очередь, формировать узкие перемычки (до 50 мкм) с практически вертикальными стенками (это особенно актуально для обеспечения бездефектной пайки прецизионных компонентов).

Хорошо зарекомендовали себя в реальном производстве печатных плат   сухие фоторезисты изготавливаемые  ф. Eternal (СПФ - прайм-резист Laminar сер. Е8000; сухая  пленочная   паяльная  маска Dinamask сер. 5000); а также жидкие фотоформируемые паяльные маски производства ф. Electra сер. Carpace EMP 110. Более подробные сведения см. на соответствующем разделе нашего сайта, или  обращайтесь к Кочеткову Сергею Юрьевичу (+7 (495) 964 96 70,

Можно ли работать на одной установке прямого экспонирования с травильным резистом и резистом паяльной маски?

Можно. Однако, если используется жидкая паяльная маска, то велика вероятность, что вакуумный стол будет испачкан и его придется часто чистить. (Надо очень тщательно следить за режимом предварительного отверждения и заполнением отверстий паяльной маской. Для организации производственного процесса удобнее иметь более производительную установку для травильного резиста и менее производительную отдельную установку для паяльной маски. Технически можно работать на одной машине.

Можно ли работать тентингом при щелочном травлении?

Можно, но нужно будет очень тщательно следить за уровнем рН (д.б. не более 8,3) иначе поползет фоторезист. И надо иметь в виду, что фактор травления при щелочном травлении в принципе меньше, чем при кислом. Зато при щелочном травлении проще регенерация травильного раствора.

Чем отличается регенерация травильных растворов при кислом и щелочном травлении?

Регенерация кислых травильных растворов дороже и промывные воды после регенерации не возвращаются в установку, а сбрасываются на очистные. Однако следует учитывать, что для многослойных печатных плат 6-7 классов кислое травление предпочтительнее из-за более высокого фактора травления.

Достаточно ли ультрафиолетового задубливания для паяльной маски?

Нет. Все паяльные маски требуют обязательно термического задубливания (обычно около 150° С, около 2 часов ). Ультрафиолетовое задубливание улучшает внешний вид паяльной маски (делает ее блестящей) и улучшает технологическую стойкость. Для обеспечения эксплуатационных свойств на протяжении всего жизненного цикла обязательно нужно термическое задубливание. Внимательно читайте технические описания на паяльную маску.

Что лучше прямая металлизация или химическое меднение?

И тот и другой метод имеет свои преимущества и недостатки. При выборе необходимо руководствоваться тем, какое из преимуществ или недостатков важнее для конкретных производственных условий.

Если коротко:

- прямая металлизация дает худшее распределение по толщине меди в отверстии, но лучше в плане экологии ( прямую металлизацию выгоднее использовать для изготовления простых печатных плат с H\d менее 8:1, для спец техники рекомендуется только палладиевая или прямая металлизация на основе проводящих полимеров);

- химическое меднение обеспечивает хорошее распределение в отверстии, но худшую адгезию, кроме того оно хуже в плане экологии (формальдегид и комплексообразователи в стоках) (химическое меднение выгоднее использовать для изготовления сложных печатных плат с H\d более 8:1.

Что лучше тентинг (негативный, субтрактивный метод) или позитивный (полуаддитивный) метод?

Я являюсь убежденным сторонником «тентинга». Для производства его преимущества неоспоримы:

- Нет тяжелых металлов ( с малым ПДК) - свинца, или олова – в стоках.

- Площадь металлизации всегда одинакова, минимизируются субъективные ошибки при выборе режимов по плотности тока при гальваническом меднении.

- В гальванической ванне нет органики (фоторезиста), поэтому - высокая пластичность меди.

- Единообразие техпроцесса: рисунок внутренних слоев, как правило, делается субтрактивным методом.

- Значительно короче техпроцесс: нет операций нанесения и снятия металлорезиста.

У тентинга есть ряд существенных недостатков, которые, однако, значительно элиминированы с появлением в последнее время инновационных технологических методов:

- Появились новые травильные машины (в частности травилки ф. Schmid) , обеспечивающие фактор травления до 6 и позволяющие формировать проводящий рисунок 30/30 мкм на меди толщиной 40 мкм.

- Системы регенерации травильного раствора компенсируют высокий расход (круговорот) меди при «тентинге».

- Щелочные травильные растворы с ускорителями и системы точного контроля рН позволяют работать методом «тентинг» щелочными растворами (кислое травление, правда все равно, дает болеепрецизионный результат).

Какие методы прямой металлизации известны?

Графитовая, палладиевая, на основе проводящих полимеров. (графитовая - рекомендуется только для «бытовки»). Главное преимущество прямой металлизации хорошая адгезия к ДЭ.

Какой метод прямой металлизации лучше?

Все зависит от конкретных условий Вашего производства. Расскажу, чем они отличаются. Выбирайте сами.

Графитовая – самая дешевая и наименее стойкая в тяжелых условиях эксплуатации и при пайке.

Палладиевая – использует драгметалл (палладий), правда очень тонкие слои, но на некоторых производствах требует учета. Ложится и на ДЭ и на медь, но адгезия к меди низкая, поэтому с меди смывается при отмывке.Требует тщательной отмывки после нанесения. Про плохой отмывке остается на меди и формирует темный разделительный слой.

Проводящие полимеры - Ложится только на ДЭ. Не требует тщательной промывки. Нет драгметалла.

Как можно заполнять отверстия?

Гальванической медью заполняются глухие отверстия диаметром не более 0,15 мм и H\d не более 1,2:1. Требуется специальное оснащение гальванических ванн.

Проводящей пастой можно заполнить и глухие и сквозные металлизированные отверстия диаметром до 1,5 мм. Заполняется методом сеткографии, но паста довольно дорогая, так как обычно в качестве наполнителя используется серебро.

ДЭ пастой (plugging past) можно заполнить отверстия до 1,5 мм и H|d до 20:1 и более. После полимеризации необходима шлифовка (планаризация). Необходимо специальное технологическое оборудование. Затем часто металлизацией формируются медные «крышки».

Можно заполнять материалом аналогичным паяльной маски, но не содержащим растворителя ( filler ). Технологию заполнения можно посмотреть в data sheet на к-л «filler». Она довольно сложная в технологическом освоении, обычно это модификация шелкографии.

Какие есть калькуляторы для печатных плат?

В своей практической деятельности я использовал :

- MultiCal - для расчета толщины печатных плат, ДЭ зазоров между слоями, ДЭ постоянной в зазорах между слоями;

- CITS 25 - для расчета волновых и дифференциальных сопротивлений.

 
 
РТС Инжиниринг