Печатные платы с микропереходами
Обычно печатные платы используются в качестве носителей и соединителей компонентов. сейчас они представляют собой весьма сложные функциональные устройства. средний уровень печатных плат определяет: техника травления (100 мкм проводники), процессы прессования (10 слоев, толщина платы 1,6 мм ), техника сверления (кп сквозных переходов 0,7 мм при конечном диаметре перехода 0,2 мм).
С ростом сложности микросхем увеличивается количество выводов и уменьшается шаг выводов.
Такие микросхемы как bga - микросхемы с матрицей шариковых выводов, csp - микрокорпуса в размер кристалла, flip-chip - перевернутый кристалл, требуют высокоплотных печатных плат. Например в видеокамерах используются печатные платы послойного наращивания с шириной проводников и зазоров 50 мкм и с переходными отверстиями 100 мкм.
Печатные платы наряду с проводниковыми слоями должны содержать слои печатных резисторов и конденсаторов, выполняющих согласующие и блокирующие функции для достижения требуемой помехозащищенности. для подключения к таким элементам требуются микропереходы, а не сквозные переходы, которые вносят большие электрические неоднородности.
Высокоплотные печатные платы с микропереходами и слоями резисторов и конденсаторов имеют следующие достоинства:
- Малое количество слоев,
- Более короткие сигнальные линии связи,
- Интегрированные резисторы (от 20 ом до 150 ком),
- Уменьшенное количество сверленных сквозных отверстий.
- Возможность монтажа большего количества компонентов на заданной площади,
- Улучшены высокочастотные свойства,
- Значительно улучшены характеристики помехозащищенности,
- Возможность устранения компонентов на стороне пайки волной.
Технологии получения микроотверстий
- Фотолитография - когда отверстия получают воздействием раствора проявителя на диэлектрик.
- Плазма - когда отверстия получают травлением медной фольги и вскрытый диэлектрик удаляется воздействием плазмы.
- Механика - когда отверстия получают механическим сверлением или воздействием пемзы.
- Лазер - когда отверстия получают удалением и меди и диэлектрика путем их разложения под действием лазерного луча.
После получения отверстий производится химическая и электрохимическая металлизация стенок отверстий. Прямая металлизация дает хорошие результаты при металлизации глухих микропереходов, обеспечивая хорошую адгезию, полное покрытие, однородность осаждения. Большая толщина изоляции обеспечивает:
- Беспористую изоляцию,
- Большую величину пробивного напряжения,
- Меньшую паразитную связь между цепями,
- Защиту от роста проводящих анодных нитей .
- Формирование отверстий,
- Металлизацию стенок отверстий, т.к. увеличивается отношение толщины к диаметру отверстия.
Интегрирование технологии микропереходов в текущую технологию многослойных печатных плат: производители печатных плат должны выбирать способы интеграции высокоплотной технологии в их производство с минимальными капитальными затратами и людскими ресурсами.
Основным направлением технологии высокоплотных соединений является технология послойного наращивания перераспределительных (наружных) слоев.
Технология микропереходов на основе фотообрабатываемого диэлектрика требует значительных инвестиций в оборудование и значительное улучшение контроля фотошаблонов и проявления изображения. кроме того, аддитивные процессы металлизации являются источниками трудностей получения адгезии, дефектности и производительности.
Обычные плазменные установки, используемые для очистки от замазывания или для обратного травления отверстий не могут быть использованы для плазменного травления микроотверстий, требуются специально разработанные для этих целей установки.
Технологии микропереходов реализуются на широком наборе материалов. В технологии фотообрабатываемого диэлектрика можно использовать жидкий или пленочный материал. в технологии сверления отверстий можно использовать покрытую смолой фольгу, фольгированный диэлектрик на основе арамида, полиимидной пленки или fr-4.
В технологии сверления микроотверстий используют один из материалов:
- Fr-4 ламинат или препрег с фольгой (крышкой);
- Фольга покрытая смолой;
- Арамидный ламинат или препрег с фольгой;
- Полиимидный пленочный ламинат;
- Препрег на основе фторопласта.
- Их химический состав совместим с подложкой, что уменьшит проблемы горючести,
- Их однородность обеспечивается условиями этапов их производства.
Покрытая смолой фольга обеспечивает гладкую поверхность, тонкий диэлектрик и стандартные операции прессования, а также легкость удаления диэлектрика при формировании микроотверстия, т.к. он однороден и не армирован инородным материалом.
Для лазерного сверления микроотверстий используют ламинат fr-4 с 12 мкм фольгой и одним слоем препрега толщиной 40-60 мкм.
Применяют несколько типов лазеров для сверления микроотверстий, такие как эксимерный уф лазер, nd-yag лазер и со2 лазер. энергия лазерного луча оптически концентрируется в очень узкий луч для сверления малых отверстий.
Эксимерный лазер с короткой волной может производить чистые отверстия с вертикальной стенкой во многих подложках - керамике, стекле и в полимерах. nd-yag лазер используют для сверления металла, в том числе меди, стали и полимеров. CO2 лазер хорошо сверлит полимеры.
При сверлении отверстий nd-yag и со2 лазером на стенках и на дне отверстий появляются некоторые загрязнения, особенно трудно удаляются углеродные соединения.
Преимущества лазерного сверления отверстий
- Можно делать отверстия в любом месте в соответствии с программой,
- Можно делать отверстия различной глубины, которая требуется,
- Не образуется большое побочное загрязнение.
Недостаток лазерного сверления отверстий
- Более высокая стоимость по сравнению с фотоформованием
- Отверстий для плат с очень большим числом отверстий.
Преимущества проектирования мпп с покрытой смолой фольгой (rcc)
- Перераспределение связей,
- Высокая плотность компоновки,
- Поддержка высокоплотных микросхем (bga и др.),
- Реализация микропереходов и глухих переходов,
- Уменьшение количества слоев,
- 12 слойные мпп преобразуются в 8 слойные (2 сигнальных и два слоя земля/питание устраняются),
- Способствует массовому ламинированию 4 слойных подложек. жестко-гибкие печатные платы,
- Слой защиты плюс сигнальные слои в жесткой части платы,
- Меньшая стоимость чем защитный слой kapton,
- Большая гибкость чем у армированных подложек микрокорпуса,
- Тонкие слои для микросхем,
- Нет армировки, что лучше для влагостойкости,
- Низкая диэлектрическая постоянная (3,4),
- Нет армировки, что упрощает формирование выводов.
Широкое применение фоточувствительного диэлектрика для формования микроотверстий сдерживается малым процентом выхода годных из-за неоднородности толщины диэлектрика, надежности экспонирования и травления, плохой адгезии меди .
Сравнение жидкого и пленочного фотодиэлектрика: толстые слои фотодиэлектрика эффективней получать с помощью сухого пленочного фотодиэлектрика, т.к. растворитель из него уже удален производителем этого материала на стадии производства. Поэтому отсутствуют процессы усадки его при ламинировании на подложку.
Жидкий диэлектрик за одно покрытие наносится толщиной 25 - 50 мкм в зависимости от метода нанесения.
С помощью сухого пленочного диэлектрика с одного прохода достигается толщина 25 -63,5 мкм с высокой равномерностью толщины.
Пленочный диэлектрик наносится одновременно на обе стороны заготовки, жидкий диэлектрик наносится поочередно на одну сторону и обычно требуется несколько проходов для получения требуемой толщины.
Сухой пленочный диэлектрик не содержит пузырьков и проколов, что исключает появление непредусмотренных микропереходов.
В жидком диэлектрике из-за несовершенных условий производства обычно имеются пузыри, отверстия, пыль и другие загрязнения
Сухая пленка защищена от проколов и царапин специальной пленкой, которая в дальнейшем отслаивается. Нанесенный жидкий диэлектрик специально ни чем не защищается. Сухой пленочный диэлектрик обеспечивает высокую степень планаризации, что дает возможность высокого процента выхода годных.
Для оптимизации стоимости и функциональных возможностей на рынке появились носители кристаллов на основе печатной платы. Используется фотофорфование с пленочным фоточувствительным диэлектриком.
Преимущества носителей кристаллов на основе печатной платы: из одной групповой печатной платы можно изготовить до 500 носителей. Низкая диэлектрическая постоянная материала, согласованность коэффициента расширения носителей и монтажных плат.
Многоуровневые микропереходы обеспечивают: сокращение количества слоев печатных плат, увеличение функциональной плотности печатных плат и снижение стоимости.
Автор: Ф.П.Галецкий.Мы всегда рады сотрудничеству с новыми авторами. Если у вас есть уникальная экспертиза или просто качественный материал, полезный инженерам-разработчикам электроники, мы с удовольствием поделимся им на страницах раздела Авторские статьи. Присылайте свои статьи на почту articles@rezonit.ru