Способ получения заполненных переходных металлизированных сквозных отверстий печатной платы
Владельцы патента RU 2619913:
Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") (RU)
Изобретение предназначено для конструирования и изготовления многослойных печатных плат (ПП) для высокоплотного монтажа поверхностно-монтируемых компонентов (ПМК) с матричным расположением выводов в корпусах типа BGA, CGA. Технический результат - обеспечение надежности ПП при увеличении плотности печатного монтажа за счет предотвращения ухода припоя в переходные отверстия посадочного места электронной компонентной базы с матричным расположением выводов высокой плотности. Достигается тем, что в конструкции ПП применяются заполненные переходные металлизированные сквозные отверстия (МСО), что позволяет добиться равномерности нанесения защитной паяльной маски и избежать проблем с нарушением металлизации отверстий из-за сложности удаления химических реактивов, попадающих в процессе изготовления и монтажа печатного узла. Заполнение переходных МСО посадочного места ПМК с матричным расположением выводов позволяет совмещать монтажные контактные площадки с контактными площадками переходных отверстий, тем самым увеличивая плотность компоновки проводящего рисунка для создания высокоинтегрированной радиоэлектронной аппаратуры ракетно-космической техники. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники
Изобретение относится к области радиоэлектронной техники, в частности к способам изготовления печатных плат (ПП), в том числе многослойных, с заполненными металлизированными сквозными отверстиями (МСО), и может быть использовано при производстве печатных плат высокоплотного монтажа в ракетно-космическом приборостроении, к которым предъявляются соответствующие требования по надежности, а также с возможностью применения электронных компонентов с матричным расположением выводов.
Уровень техники
Из уровня техники известен способ тентирования переходных отверстий печатной платы (см. статью «Технология тентинга с заливкой переходных отверстий» О. Баевой в журнале «Технологии в электронной промышленности», №3, 2008 г., стр. 30-31).
В процессе изготовления печатных плат для защиты от окисления медного слоя переходных отверстий наносится паяльный резист (защитная паяльная маска). Для высокоплотных печатных плат используется жидкий паяльный резист. Его наносят методом трафаретной печати на плату, при этом получая тентированные переходные отверстия, т.е. отверстия с двух или с одной стороны покрыты тентом защитной паяльной маски. Таким образом рекомендуется обеспечивать надежность переходным отверстиям диаметром от 0,1 до 0,6 мм.
Недостатком технического решения является недостаточное обеспечение надежности переходных отверстий из-за случаев разрыва тента над отверстием или частичного проникновения внутрь отверстия защитной паяльной маски, при этом создаются условия для проникновения в переходные отверстия химических реактивов (например, флюса) в последующих финишных и сборочно-монтажных операциях, конденсация влаги и т.д., что приводит к деградации медных стенок переходных отверстий и последующему отказу межсоединений в плате.
Из уровня техники известны способы заполнения отверстий пастой через трафарет (см. статью «Новые технологии заполнения отверстий и последующая планаризация» Р. Торстон в журнале «Технологии в электронной промышленности», №5, 2005 г., стр. 26-29).
Заполнение отверстий производят до операции нанесения ЗПМ продавливанием пасты через трафарет, размеры отверстий которого больше переходных на 0,1 мм, с помощью ракеля или валика. При этом для заполнения отверстий с большим аспектным соотношением рекомендуется применение вакуумного стола.
К недостаткам данного известного технического решения можно отнести трудоемкость изготовления и недостаточную надежность электрических межсоединений из-за большой вероятности вовлечения воздуха в промежутки между проходами ракеля/валика и неполное заполнение.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение надежности и увеличение плотности печатного монтажа за счет защиты сквозных переходов печатной платы путем заполнения их материалом из слоев препрега без образования воздушных полостей. Таким образом, данное конструкционно-технологическое решение способствует предотвращению ухода припоя в переходные отверстия посадочного места электронной компонентной базы, в том числе с матричным расположением выводов высокой плотности, и позволяет избежать проблем с нарушением металлизации отверстий из-за сложности удаления химических реактивов, попадающих в процессе изготовления и монтажа сборочного узла. Получение заполненных МСО обеспечивает равномерность нанесения защитной паяльной маски. Получение заполненных переходных МСО посадочного места ПМК открывает возможность совмещения монтажных контактных площадок с контактными площадками переходных отверстий, тем самым увеличивая плотность компоновки проводящего рисунка и позволяя применять более высокоплотную ЭКБ для создания высокоинтегрированной радиоэлектронной аппаратуры ответственного назначения.
Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что способ получения заполненных переходных МСО ПП включает:
- сборку пакета для заполнения переходных металлизированных сквозных отверстий в следующем порядке снизу вверх: антивыдавливающая пленка; заготовка платы со сквозными металлизированными отверстиями на стадии, предшествующей нанесению защитной паяльной маски; трафарет с переходными отверстиями согласно конструкции платы; препрег;
- помещение собранного пакета для заполнения переходных металлизированных сквозных отверстий в пресс-форму;
- прессование пакета для заполнения переходных металлизированных сквозных отверстий путем приложения давления и температуры в течение 10-15 мин, вследствие чего происходит заполнение переходных отверстий материалом препрега, величины прилагаемых давления и температуры должны соответствовать условиям процесса прессования выбранного препрега, охлаждение со скоростью не более 3 °С/мин;
- удаление пакета для заполнения переходных металлизированных сквозных отверстий из пресс-формы;
- механическое удаление трафарета и антивыдавливающей пленки с заготовки печатной платы.
В качестве трафарета может быть использован алюминиевый лист с просверленными переходными отверстиями.
Механическое удаление трафарета происходит отделением вручную от заготовки платы.
Увеличение плотности печатного монтажа увеличивает функциональность и уменьшает массогабаритные характеристики изделия в целом за счет возможности установки соответствующих электронных компонентов при обеспечении высокого качества и надежности.
Краткое описание чертежей
Признаки и сущность заявленного изобретения поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами, где показано следующее.
На фиг. 1 представлена заготовка многослойной ПП (МПП) МСО, где:
1 – переходные металлизированные сквозные отверстия;
2 – монтажные металлизированные сквозные отверстия;
3 – диэлектрическое основание.
На фиг. 2 представлен пакет для заполнения переходных МСО, где:
4 – препрег;
5 – трафарет с переходными сквозными отверстиями;
6 – заготовка МПП МСО;
7 – антивыдавливающая пленка.
На фиг. 3 представлен график зависимости давления и температуры от времени в процессе заполнения, где:
8 – давление;
9 – температура.
На фиг. 4 представлена фотография микрошлифа заполненных переходных МСО диаметром 0,3 мм, где:
10 – заполненные смолой из препрега переходные МСО;
11 – слой защитной паяльной маски.
Осуществление и пример реализации заявленного изобретения
Заполнение переходных МСО МПП (см. фиг. 1) осуществляется следующим способом. Заготовка МПП МСО непосредственно перед операцией нанесения защитной паяльной маски собирается в пакет (см. фиг. 2), состоящий из препрега (поз. 4 фиг. 2), трафарета (поз. 5 фиг. 2), например, из листа алюминия толщиной 100 мкм с просверленными отверстиями, диаметр и расположение которых соответствуют переходным отверстиям платы, заготовка платы (поз. 6 фиг. 2), антивыдавливающая пленка (поз. 7 фиг. 2). Трафарет позиционируется на заготовке платы относительно базовых отверстий и закрепляется любым известным способом, например с помощью двухсторонней липкой ленты, наклеенной на технологическое поле платы.
В качестве препрега рекомендуется использовать препрег, соответствующий марке применяемого в конструкции МПП МСО, например DE 104 ML. В качестве антивыдавливающей пленки может использоваться пленка марки DAF-200.
Собранный пакет помещается в пресс-форму. Для защиты от загрязнений пресс-формы смолой применяется антиадгезионная пленка. Далее пресс-форма помещается в пресс. Процесс заполнения переходных МСО происходит во время операции прессования согласно графику зависимостей давления и температуры от времени (см. фиг. 3). Для сокращения цикла заполнения процесс прессования можно проводить с «горячего старта», таким образом, начальная температура процесса Т1 может составлять от 20 °С до Т2 – температуры прессования препрега. Давление Р1 (поз. 8 фиг. 3) прилагается в «одну ступень», т.е. на протяжении всего цикла заполнения и охлаждения, и составляет от 5 до 15 бар. Время заполнения отверстий [t1, t2] в случае горячего старта соответствует времени текучего состояния смолы при температуре Т2 и составляет не более 15 мин. Охлаждение производится со скоростью не более 3 °С/мин при постоянном давлении Р1, что позволяет избежать напряжений в плате.
Таким образом, достигается полное заполнение переходных отверстий смолой из препрега (см. фиг. 4), обеспечивая необходимый коэффициент термического расширения и необходимую планаризацию поверхности ПП для дальнейшего нанесения финишных покрытий.
Заявленное изобретение позволяет обеспечить надежность при увеличении плотности печатного монтажа и избежать проблем с очисткой и отмывкой МСО ПП.
1. Способ получения заполненных переходных металлизированных сквозных отверстий печатной платы, включающий: сборку пакета для заполнения переходных металлизированных сквозных отверстий в следующем порядке снизу вверх: антивыдавливающая пленка, заготовка платы со сквозными металлизированными отверстиями на стадии, предшествующей нанесению защитной паяльной маски, трафарет с переходными отверстиями согласно конструкции платы, препрег, помещение собранного пакета для заполнения переходных металлизированных сквозных отверстий в пресс-форму, прессование пакета для заполнения переходных металлизированных сквозных отверстий путем приложения давления и температуры в течение 10-15 мин, вследствие чего происходит заполнение переходных отверстий материалом препрега, величины прилагаемых давления и температуры должны соответствовать условиям процесса прессования выбранного препрега, охлаждение со скоростью не более 3 °С/мин, удаление пакета для заполнения переходных металлизированных сквозных отверстий из пресс-формы, механическое удаление трафарета и антивыдавливающей пленки с заготовки печатной платы.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве трафарета может быть использован алюминиевый лист с просверленными переходными отверстиями.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что механическое удаление трафарета происходит отделением вручную от заготовки платы.
