Transcript Laminat o osnowie z włókien szklanych nasycony

Autor: Dawid Kotewicz kl. Ic
Materiały
Płytki przeznaczone na obwody są zbudowane z podłoża o
właściwościach dielektrycznych i folii miedzianej. Ze
względu na właściwości podłoża rozróżnia się dielektryki
sztywne i elastyczne. Są one materiałami złożonymi. W ich
skład wchodzi osnowa i wypełniacz lub syciwo.
Spośród wielu rodzajów laminatów do celów elektronicznych
stosuje się najczęściej laminaty:
 celulozowo – fenolowy
 celulozowo – epoksydowy
 szklano – epoksydowy
 szklano – fenolowy
 szklano – teflonowy
Laminaty te produkuje się w kilku odmianach wymiarowych o
grubości 0,8...3,2 mm na jedno- i dwuwarstwowe płytki
oraz o grubości 0,1...0,76 mm na obwody wielowarstwowe.
Grubośc warstwy metalicznej jest również zróżnicowana i
wynosi 0,018...0,105 mm .
Laminat o osnowie celulozowej (papierowej) nasycony
żywicą fenolową jest tworzywem najtańszym. Ze względu
na swoje właściwości dielektryczne i technologiczne jest
głównie stosowany w sprzęcie powszechnego użytku.
Wykazuje dużą odporność na wilgoć.
Laminat o osnowie celulozowej (papierowej) nasycony
żywicą epoksydową ma dobre właściwości mechaniczne i
elektryczne, nadaje się do wykrawania w temperaturze
pokojowej. Jest trudno palny.
Laminat o osnowie z włókien szklanych nasycony żywicą
epoksydową ma znacznie lepsze właściwości dielektryczne
i mechaniczne od poprzedniego, lecz jednocześnie jest
kosztowniejszy. Stosuje się go w sprzęcie profesjonalnym.
Laminat o osnowie z włókien szklanych nasycony żywicą
fenolową odznacza się dużą wytrzymałością na zginanie
oraz dużą stabilnością wymiarową.
Laminat o osnowie z włókien szklanych związanych z
teflonem jest ze względu na swe właściwości, zwłaszcza
małą stratnością elektryczną, stosowany w obwodach
mikrofalowych.
Stosuje się również inne laminaty, np. laminaty elastyczne,
które stwarzają korzystne warunki dobrego upakowania
elementów w obudowie oraz możliwość łatwej zmiany
położenia elementów w obrębie obudowy. Laminaty
elastyczne składają się wyłącznie z cienkiej folii metalowej
związanej z elastyczną folią teflonową, poliamidową i
poliestrową.
Wszystkie te laminaty w celu uzyskania systemu połączeń są
trawione selektywnie. Polega to na chemicznym usunięciu
miedzi z obszarów, gdzie jest ona zbędna, czyli z miejsc
położonych między ścieżkami przewodzącymi.
Na rynku pojawiły się także, jako nowość, laminaty z
warstwą konduktywną i rezystywną jedno- i
dwuwarstwowe. Ich zaletą jest możliwość wykonania na
podłożu płytki drukowanej nie tylko ścieżek
przewodzących, lecz również rezystorów. Wprowadzenie na
szerszą skalę do przemysłu laminatów z warstwą
rezystywną stworzy układom hybrydowym
grubowarstwowym poważną konkurencję.
Zapotrzebowanie przemysłu na coraz lepsze laminaty stanowi
stymulator rozwoju tej dziedziny. Pojawianie się na świecie
coraz to nowych materiałów świadczy o koncentracji uwagi
specjalistów na problemach związanych z rozwojem
elektroniki. Można tu również, jako nowe propozycje,
wymienić laminaty dobrze odprowadzające ciepło, laminaty
z cienką folią miedzianą chronioną cienką warstwą
aluminium. Stosowanie wymienionych laminatów ma na
celu przyspieszenie produkcji, zmniejszenie kosztów
wytwarzania oraz oszczędność materiału i poprawę
niezawodności układów.
Proces technologiczny płytek drukowanych
jednowarstwowych
Płytki jednowarstwowe są pod względem konstrukcyjnym i
technologicznym najprostsze. Mają one więc szerokie
zastosowanie w urządzeniach elektronicznych, jeśli tylko
stopień skomplikowania układu lub inne względy nie
uniemożliwiają stosowania tego prostego rozwiązania
technicznego.
Przebieg procesu technologicznego dzieli się na kilka operacji:
 wykrawanie płytek z arkuszy folii
 oczyszczanie powierzchni
 wykonywanie rysunku na warstwie kopiowej
 trawienie folii
 usuwanie warstwy zabezpieczającej przed trawieniem
 wiercenie otworów
 nakładanie warstw ochronnych metalowych oraz
przetapianie
 kontrola
Wykrawanie z arkusza laminatu płytek o wymiarach
wyznaczonych przez konstruktora wykonuje się za pomocą
pił lub nożyc gilotynowych.
Oczyszczanie powierzchni mechaniczne i chemiczne ma na
celu usunięcie z powierzchni laminatu zanieczyszczeń
organicznych i nieorganicznych oraz warstwy tlenków. Do
operacji mechanicznego oczyszczania poleca się
szczotkowanie mechaniczne szczotkami rolkowymi lub
polerowanie drobnymi proszkami ściernymi. Oczyszczanie
chemiczne polega na myciu w detergentach oraz
wytrawianiu w słabych roztworach kwasu solnego lub w
roztworze wodnym amoniaku. Na zakończenie procesu
oczyszczania należy powierzchnię płytek bardzo starannie
spłukać i wysuszyć.
Nanoszenie rysunku obwodu elektrycznego na warstwie
kopiowej wykonuje się metodą sitodruku oraz metodą
fotolitograficzną.
Trawienie folii miedzianej prowadzi się w roztworze chlorku
żelazowego FeCl3.
2Cu + 2FeCl3 – Cu2Cl2 + 2FeCl
Podczas trawienia zaleca się stosowanie intensywnego
zmywacza oraz nagrzewania roztworu do ok. 35oC. Do
trawienia miedzi można stosować także kwas azotowy oraz
azotan miedzi.
W procesie montażu elementy umieszcza się po stronie
przeciwnej w stosunku do obwodu drukowanego, aby nie
przeszkadzały one w lutowaniu końcówek do pól
lutowniczych.
Proces technologiczny płytek drukowanych
dwuwarstwowych
Płytki dwuwarstwowe wytwarza się w bardziej
skomplikowanym procesie technologicznym. Jest to
spowodowane koniecznością współosiowego ustawienia
obwodów po obu stronach płytki oraz ich elektrycznego
połączenia.
• Problem pierwszy rozwiązuje się metodą bazowania, np. na
dwóch otworach i ustalających kołkach. Dzięki temu
fotoszablony można jednoznacznie ustawić po obu stronach
płytki.
• Problem drugi to połączenie elektryczne obu stron płytki.
Istnieją co najmniej trzy sposoby wykonania połączeń
elektrycznych obu stron płytki dwuwarstwowej. Każdy z
nich ma jakieś wady.
a) połączenia mostkowe są kłopotliwe technologicznie, gdyż
można ich wykonać w całej płytce zaledwie kilka,
zwiększenie zaś liczby mostków komplikuje układ i
utrudnia montaż elementów dyskretnych.
b) połączenia nitowane wymagają stosowania specjalnych
urządzeń, a jakość uzyskanych połączeń jest stosunkowo
niska ze względu na zawodność ich działania, zwłaszcza w
warunkach zmiennej temperatury lub korozyjnego działania
środowiska.
c) metalizowanie otworów jest pod względem
technologicznym w produkcji wielkoseryjnej i pod
względem niezawodności sposobem najlepszym. Można
wymienić dwa rodzaje metalizacji: kompleksową oraz
selektywną.
Fazami wspólnymi dla obu odmian są:
 opracowanie danych konstrukcyjnych
 opracowanie projektu połączeń
 wykonanie matryc wzorcowych
 wykonanie masek produkcyjnych
 wiercenie otworów
 metalizacja chemiczna miedzią
W metodzie kompleksowej po metalizacji chemicznej
następuje metalizacja elektrochemiczna miedzią, a następnie
kopiowanie negatywu połączeń drukowanych.
W metodzie metalizacji selektywnej najpierw wykonuje się
kopiowanie negatywu połączeń drukowanych, a następnie
metalizację elektrochemiczną miedzią.
Dalsze operacje w obu metodach mają taką samą kolejność:
 metalizacja elektrochemiczna stopem Sn-Pb
 usuwanie emulsji ochronnej
 trawienie miedzi
Rozmieszczenie elementów na powierzchni płytki
Przebieg kolejnych faz procesu technologicznego rozpoczyna
się od wykorzystania danych konstrukcyjnych do
wstępnego rozmieszczenia elementów dyskretnych na
powierzchni płytki. Wielkość płytki jest najczęściej
uzależniona od ogólnych założeń konstrukcji urządzenia.
Jeżeli jednak ten wzgląd nie istnieje, to konstruktor przy
wyznaczaniu wymiarów płytki kieruje się zwykle innymi
istotnymi przesłankami:
 liczba elementów, które należy ulokować na płytce
 szerokość dopuszczalna ścieżek
 wymiary złącza
 liczba warstw czynnych elektrycznie
 grubość laminatu
 sposób chłodzenia
 częstotliwość rezonansowa płytki w zależności od
częstotliwości wymuszającej drgania
 wymiary prowadnic dla płytek
 wymiary obudowy
Matryce
Matryce są rysunkami obwodu drukowanego i służą do
wykonania fotoszablonu, tj. maski fotograficznej używanej
przy naświetlaniu selektywnej emulsji światłoczułej
pokrywającej folię miedzianą płytki laminowanej.
Matryce, zależnie od wymaganej dokładności i stopnia
zagęszczenia obwodu, wykonuje się w podziałce 1:1, 2:1,
4:1. Metody ręcznego wykonywania matryc wymagają
znaczniejszych powiększeń. Przy metodach mechanicznych
i automatycznych rysunek matrycy wykonuje się najczęściej
w wielkości naturalnej.
Komplet matryc przygotowany do obwodów
wielowarstwowych powinien zapewniać pokrywanie się
rysunku w wąskich granicach tolerancji (0,15 mm).
Matryce wykonuje się kilkoma sposobami:
a) można je wykreślić tuszem na papierze rysunkowym
(brystol) lub na tworzywach przezroczystych. Dla
wyznaczenia punktów charakterystycznych obwodu, np.
punktów lutowniczych i znaków bazowych podłoża,
tworzywa nieprzezroczyste nakłuwa się nóżką cyrkla lub
igłą. Takie narysowanie matrycy jest proste do
zrealizowania, lecz jej dokładność nie jest wielka. W
procesach przemysłowych metoda ta nie jest w zasadzie
stosowana, lecz może być wielce przydatna w pracach
laboratoryjnych i szkolnych.
b) Lepsze wyniki uzyskuje się, gdy do sporządzenia matryc
stosuje się czarną taśmę klejącą i znaki punktów
lutowniczych oraz znaki bazowe.
c) Metodą stosowaną w przemyśle jest wycinanie na folii
czerwono-białej, z użyciem koordynatografu sterowanego
numerycznie i wyposażonego w nóż diamentowy. Po
wycięciu zarysu obwodu warstwę czerwoną usuwa się
mechanicznie.
d) W pracach konstrukcyjnych prz7yjęto umownie
posługiwanie się graficznym systemem odniesienia w
formie siatki obwodów drukowanych z rastrem
metrycznym lub calowym. Celowość wprowadzenia siatek
obwodów drukowanych uzasadnia się:
 ułatwieniem wykonania dokumentacji konstrukcyjnej i
technologicznej
 uzyskanie powtarzalności wyników przy wytwarzaniu
obwodów drukowanych
 ułatwieniem montażu elementów elektronicznych.
Fotoszablony
Fotoszablony (maski fotograficzne) wykonuje się metodą
fotografowania matrycy przy równoczesnym
doprowadzeniu obrazu do wymiarów rzeczywistych (w
podziałce 1:1). W nowoczesnych zakładach przemysłowych
fotoszablony wykonuje się fotokoordynatografem
sterowanym cyfrowo. Metoda ta nie wymaga uprzedniego
przygotowania matrycy, jednakże niezbędne jest zapisanie
informacji o elementach układu, np. na taśmie dziurkowanej
służącej do sterowania głowicy naświetlającej
fotokoordynatograf, wyposażonej w komplet optycznych
przesłon o kształtach podstawowych figur geometrycznych
– trójkątów , kwadratów i kół.
Emulsje światłoczułe
Często stosuje się emulsje dostarczane przez
wyspecjalizowane firmy w stanie ciekłym wraz z instrukcją
ich użytkowania. Do nakładania emulsji są stosowane
wirówki z poziomymi tarczami płaskimi. Dobre wyniki
uzyskuje się również w nakładaniu emulsji przez
zanurzenie. Warstwy światłoczułe dostarczane w formie
taśm polimerowych nawalcowuje się między elastycznymi
wałkami (proces laminowania). Dobre przyleganie warstwy
uzyskuje się prze nagrzanie polimeru do temperatury ok.
75oC podczas laminowania. W tej temperaturze polimer
staje się bardzo plastyczny i dobrze przylega do płytki
laminowanej.
Emulsja o krótkim czasie naświetlania,
wysokiej rozdzielczości i bardzo dobrej
odporności mechanicznej. Jest bardzo
łatwa w wypłukaniu i odwarstwieniu.
Wysoka zawartość ciał stałych (48%) i
gęstość pozwalają zredukować ilość
zaciągnięć przy zachowaniu wysokiego
stopnia pokrycia siatki. Jest doskonała
zarówno do zastosowań w druku
tekstylnym jak i graficznym.
Emulsja o krótkim czasie naświetlania
i niezwykle wysokiej rozdzielczości.
Doskonale odwzorowuje szczegóły,
wykazuje bardzo dobrą odporność
mechaniczną (polecana do długich
serii). Jest bardzo łatwa w wypłukaniu
i odwarstwieniu. Polecana szczególnie
do precyzyjnego druku graficznego.
Kontrola płytek
W czasie produkcji i po jej zakończeniu kontroluje się
poprawność procesu na podstawie jego wyników. Wstępna
kontrola płytek polega na oględzinach pod niewielkim
powiększeniem. Warstwy metaliczne powinny
charakteryzować się stałą grubością na całym obszarze
płytki. Nie dopuszcza się żadnych wad warstwy na
powierzchniach otworów. Następnie na wybranych losowo
egzemplarzach wykonuje się próbę lutowności.
Płytki poddaje się ponadto próbom testowym na prawidłowość
działania, na obciążalność prądową, na obciążalność
temperaturową w zakresie przewidzianym dla pracy (65...125oC). Kontrolę prawidłowości obwodów
drukowanych metodami nieniszczącymi wykonuje się na
wszystkich płytkach, natomiast próby niszczące tylko na
losowo wybranych egzemplarzach.
Koniec
Źródła:
 Internet
 „Technologia dla elektroników” Stefan
Okoniewski