Способ изготовления печатной платы

 

Изобретение относится к производству радиоэлектронной аппаратуры, а именно к технологии изготовления печатных плат. Технический результат - повышение надежности межслойного перехода, плотности трассировки печатных плат, плотности компоновки электрорадиоэлементов. Способ изготовления печатной платы включает сверление в подложке отверстий для межслойных переходов, нанесение на проволоку быстроотверждающего клея, установку проволоки в отверстия для межслойных переходов, отверждение клея в межслойном отверстии с установленной проволокой, обрезку проволоки заподлицо с поверхностью подложки, проведение механической подготовки поверхностей подложки, формирование схемы проводников на сторонах подложки, причем отверстия межслойных переходов выполняют без контактных площадок непосредственно в проводниках и контактных площадках под планарные выводы электрорадиоэлементов, а диаметр проволоки в межслойном переходе может быть больше ширины проводника, меньше или равен ширине проводника или контактной площадки под планарные выводы электрорадиоэлементов, затем химически и гальванически металлизируют плату, наносят металлическое защитное покрытие, травят, осветляют и проводят горячее лужение.

Изобретение относится к производству радиоэлектронной аппаратуры, а именно технологии изготовления печатных плат.

Известен субтрактивный процесс изготовления печатных плат, включающий фотохимический процесс, процесс сверления отверстий, процессы химической и гальванической металлизации, механической обработки, осветления и оплавления сплавом олово-свинец, травление [1].

К недостаткам этого процесса относятся: сравнительно высокий процент брака печатных плат из-за плохой металлизации межслойных переходов, отказ радиоэлектронной аппаратуры в результате жестких механических и климатических воздействий из-за нарушения контакта в межслойных переходных отверстиях.

Известен способ, предусматривающий заполнение переходных отверстий электрически проводящей пастой. Однако при этом способе появляется высокое значение электрического сопротивления соединения. Кроме того, в пасте возникают пузырьки воздуха или разрывы, ухудшающие временную стабильность и надежность электрического соединения.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является печатная плата, имеющая электропроводящие проводники с одной или с обеих сторон, имеющая сквозные отверстия, в которые помещен электропроводящий материал, связанный металлическим контактом с электропроводящими проводниками. Для изготовления печатной платы электропроводящий материал помещается в отверстие, развальцовывается или расклепывается на конце и соединяется металлическим контактом с электропроводящими проводниками путем ультразвуковой сварки [2].

Однако при данном способе изготовления печатной платы требуется дорогостоющая аппаратура ультразвуковой сварки, а также при учитывании, что на сложных печатных платах присутствуют 300 и более межслойных переходных отверстий, не говоря уже о сквозных монтажных отверстиях, данный способ изготовления печатной платы становится трудоемким, кроме того, наличие контактных площадок вокруг металлизированных отверстий не дает повысить плотность печатного монтажа, уменьшить габариты радиоэлектронной аппаратуры. По данному способу надежное соединение металлической втулки с печатными проводниками происходит поочередно с каждым отверстием, что трудоемко и требует точной фиксации электродов ультразвуковой сварки над переходным отверстием.

Важнейшим направлением современного развития техники и технологии производства радиоэлектронной аппаратуры на печатных платах является поверхностный монтаж (ПМ).

Основные преимущества технологии ПМ реализуются вследствие уменьшения размеров электрорадиоэлементов (ЭРЭ) и шага между выводами ЭРЭ, что обеспечивает возможность размещения на печатной плате большего количества ЭРЭ, исключения металлизированных монтажных отверстий под ЭРЭ, освобождения второй стороны платы для монтажа ЭРЭ, повышения качества и надежности паяных соединений выводов ЭРЭ.

Однако усложняется топология рисунка печатных плат и особенно увеличивается число межслойных переходных металлизированных отверстий с контактными площадками, что усложняет разводку печатных проводников и ограничивает преимущества ПМ. Кроме того, отказ в работе радиоэлектронной аппаратуры чаще всего происходит в результате нарушения контакта в межслойном переходе: из-за плохого качества металлизации межслойного перехода, механических воздействий, испытываемых радиоэлектронной аппаратурой, коробления печатных плат при термоциклировании.

Задача изобретения - повышение плотности печатного монтажа и повышение качества печатных плат.

Поставленная задача достигается тем, что способ изготовления печатной платы включает сверление в подложке отверстий для межслойных переходов, нанесение на проволоку быстроотверждающего клея, установку проволоки в отверстия для межслойных переходов, отверждение клея в межслойном отверстии с установленной проволокой, обрезку проволоки заподлицо с поверхностью подложки, формирование схемы проводников на обеих сторонах подложки, причем отверстия межслойных переходов выполняют без контактных площадок непосредственно в проводниках и контактных площадках под планарные выводы ЭРЭ, а диаметр проволоки в межслойном переходе может быть больше ширины проводника, меньше или равен ширине проводника или контактной площадки под планарные выводы электрорадиоэлементов, затем химически и гальванически металлизируют плату, наносят металлическое защитное покрытие, травят, осветляют и проводят горячее лужение.

В результате выполнения операций химической и гальванической металлизации металл осаждается на поверхность и создает однородную монолитную металлизированную поверхность перехода с торцов проволоки на печатные проводники, в результате чего между ними образуется надежный контакт, нанесение металлического защитного покрытия на проводники повышает надежность межслойного перехода.

Сопоставительный анализ заявленного решения с прототипом показывает, что заявленный способ отличается от известного тем, что в заявленном способе крепление проволоки в межслойном переходе осуществляется за счет отверждения быстроотверждающего клея, а в прототипе - за счет расклепывания пустотелого пистона с обеих сторон подложки. В заявленном способе контакт в межслойном переходе осуществляется за счет химического и гальванического осаждения металла на поверхности торцов проволоки и поверхности печатных проводников, создавая монолитную структуру перехода, в прототипе развальцованный пистон накрывает проводящие дорожки, а металлический контакт с печатными проводниками создается путем ультразвуковой сварки. Кроме того, в заявленном способе отсутствуют контактные площадки на поверхностях подложки в межслойном переходе, а в прототипе присутствуют развальцованные контактные фланцы пустотелого пистона диаметром 1,5 мм.

Результатом сопоставительного анализа является установление факта соответствия заявляемого способа изготовления печатных плат критерию "новизна".

Сравнение заявленного способа изготовления печатных плат не только с прототипом, но и с другими способами изготовления печатных плат позволило выявить признаки, отличающие заявленный способ от прототипа и других способов, что позволило сделать вывод о соответствии заявленного способа критерию "изобретательский уровень".

Данный способ изготовления печатных плат осуществляется следующим образом: в заготовках печатных плат на станке с числовым программным управлением по программе сверлят переходные межслойные и монтажные отверстия, в переходные межслойные отверстия устанавливают металлическую проволоку с нанесенным на ней быстроотверждающим клеем, например ВК-9 или SA 35. Отверждение клея производят локальным нагревом, затем производят обрезку проволоки заподлицо с поверхностью подложки. Далее производят формирование схемы проводников на обеих сторонах подложки, причем отверстия межслойных переходов выполняют непосредственно в проводниках, без контактных площадок, и в контактных площадках под планарные выводы ЭРЭ, а диаметр проволоки в межслойном переходе может быть больше ширины проводника, меньше или равен ширине проводника или контактной площадки под планарные выводы электрорадиоэлементов. Затем химически и гальванически металлизируют плату, наносят металлическое защитное покрытие, травят, осветляют и проводят горячее лужение.

В результате выполнения операций: нанесение быстроотверждающего клея, установки в межслойные переходные отверстия металлической проволоки, отверждение клея локальным нагревом происходит жесткая фиксация металлической проволоки в межслойном переходном отверстии, а в результате выполнения операции химической и гальванической металлизации металл осаждается на поверхности платы и создает однородную монолитную металлизированную поверхность перехода с торцов проволоки на печатные проводники, в результате чего между ними образуется надежный контакт.

Технико-экономический эффект данного способа изготовления печатных плат заключается: 1. В повышении надежности межслойного перехода. Площадь поперечного сечения межслойного перехода в заявленном способе больше, чем площадь поперечного сечения описанного в прототипе и больше площади поперечного сечения межслойного металлизированного отверстия, например площадь поперечного сечения в межслойном переходе в заявленном способе при диаметре проволоки, равном 0,3 мм, равна S=0,071 мм², площадь поперечного сечения межслойного перехода, описанного в прототипе, равна S=0,0317 мм² (при рекомендуемых диаметре межслойного перехода 1 мм и максимальной толщине материала пистона 100 мкм), площадь поперечного сечения межслойного металлизированного отверстия при диаметре отверстия 0,4 мм и толщине металлизации 20 мкм составит S= 0,026 мм², то есть площадь поперечного сечения межслойного перехода в заявленном способе в 2,24 раза больше площади сечения межслойного перехода, описанного в прототипе, и в 2,73 раза больше площади сечения межслойного металлизированного отверстия. Площадь сечения печатного проводника шириной 0,3 мм при толщине фольги 35 мкм составит S=0,011 мм², то есть площадь межслойного перехода в заявленном способе в 6,45 раза больше площади сечения печатного проводника. Из этого следует, что электрическое сопротивление межслойного перехода в заявленном способе меньше, чем в прототипе и традиционном межслойном металлизированном отверстии, то есть предлагаемый межслойный переход надежнее.

2. В повышении плотности трассировки печатных плат. Современная технология изготовления печатных плат и автоматическая пайка волной не позволяют уменьшить диаметр сквозных металлизированных отверстий при шаге расположения металлизированных отверстий, равном 2,5 мм, между двумя контактными площадками металлизированных отверстий размещается не более двух печатных проводников. Поэтому именно контактные площадки вокруг металлизированных отверстий являются основным препятствием для увеличения плотности печатного монтажа.

В предлагаемом способе изготовления печатных плат на расстоянии 2,5 мм можно провести пять и более печатных проводников, так как контактные площадки вообще отсутствуют. В результате этого уменьшится суммарная длина проводников, упрощается топология проводников на обеих сторонах печатной платы. Становится не критичным большое количество межслойных переходов.

3. В повышении плотности компоновки ЭРЭ. Площадь, занимаемая межслойными переходными отверстиями с контактными площадками, описанными в прототипе и при традиционном изготовлении печатных плат, является мертвой зоной для установки ЭРЭ. В заявленном способе изготовления печатных плат планарные выводы ЭРЭ при ПМ располагаются на контактных площадках на обеих сторонах печатной платы непосредственно над межслойным переходом, что повышает плотность расположения ЭРЭ на печатной плате.

4. В улучшении электрических характеристик и массогабаритных показателях радиоэлектронного изделия. Кроме того, реализация данного способа изготовления печатных плат, в ряде случаев, позволит перейти с изготовления многослойной печатной платы на двухстороннюю печатную плату, что удешевит стоимость изделия.

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР 1473694, кл. Н 05 К 3/00, 1986 г.

2. Патент Японии 57-58079, кл. Н 05 К 1/11, 1982 г. (прототип).

Формула изобретения

Способ изготовления печатной платы, включающий сверление в подложке отверстий для межслойных переходов, установку проволоки в отверстия для межслойных переходов, формирование схемы проводников на обеих сторонах подложки, соединение проволоки с проводниками, отличающийся тем, что установку и фиксацию проволоки в отверстиях для межслойных переходов производят с помощью быстроотверждающего клея заподлицо с поверхностью подложки, формирование схемы проводников проводят после установки и фиксации проволоки, а соединение проволоки с проводниками осуществляют химико-гальваническим методом в процессе формирования схемы проводников, причем отверстия межслойных переходов выполняют без контактных площадок непосредственно в проводниках или контактных площадках под планарные выводы электрорадиоэлементов, а диаметр проволоки в межслойном переходе может быть больше ширины проводника, меньше или равен ширине проводника или контактной площадки под планарные выводы электрорадиоэлементов.