Тема 23. Конструкционные материалы, применяемые для изготовления печатных плат

В качестве конструкционных материалов печатных плат обычно используются фольгированные и нефольгированные слоистые диэ­лектрики (пластики) различного типа и толщины.

Фольгированные диэлектрики представляют собой электроизоля­ционные основания, с электролитической медной фольгой с оксидированным гальваностойким слоем, прилегающим к электроизоляционному основанию. В зависимости от назначения фольгированные диэлектрики могут быть односторонними и двусторонними и иметь толщину от 0,06 до 3,0 мм.

Нефольгированные диэлектрики, предназначенные для полуаддитивного и аддитивного методов производства плат, имеют на поверхности специально нанесенный адгезивный слой, который служит для лучшего сцепления химически осаждаемой меди с диэлектриком.

Большинство печатных плат для технических средств ЭВМ в настоящее время изготавливают субстрактивным методом (травление фольгированного диэлектрика).

Диэлектрическое основание платы представляет собой обычно бумажную (гетинаксы) или текстильную (текстолиты) основу, пропитанную фенольной либо эпоксидной смолой.

Преимущество гетинаксов заключается в том, что они легко поддаются механической обработке, поэтому возможна организация серийного и массового производства. К недостаткам материалов этого типа относятся повышенная чувствительность к влажности и нестабильность размеров.

В стеклотекстолитах в качестве основы используют стеклоткань, пропитанную эпоксидной смолой. Они применяются, в основном, для производства ДПП и МПП.

Смеси «эпоксидная смола-стеклоткань» придаются определенные характеристики, зависящие от соотношения используемого количества смолы и скорости проведения процесса отвердения. Заданная толщина диэлектрика достигается путем набора определенного количества листов, а с наружных сторон добавляют листы фольгированной меди, которая предварительно подвергаются оксидированию со стороны, входящей в контакт с мате­риалом. Весь комплект помещается между идеально чистыми полированными плитами гидравлического пресса многоярусного типа, оснащенного системой подогрева.

К числу важнейших характеристик материалов печатных плат обычно относят

пределы прочности при растяжении и изгибе,

максимальное удлинение,

прочность сцепления фольги,

максимальное удлинение при механических нагрузках или воздействии температуры,

стойкость к перегибам,

максимальную рабочую температуру,

допустимое кратковременное воздействие температуры,

влагопоглощение,

сопротивление изоляции,

электрическую прочность,

диэлектрическую проницаемость и потери и др.

При анализе характеристик диэлектрических материалов необходимо учитывать также, что ряд прочностных характеристик, коэффициенты термического расширения материалов зависят от геометрических направлений.

Основные материалы для ГПП: лавсан фольгированный (ЛФ-1) и полиимид фольгированный (ПФ-1, ПФ-2). Полиимид обладает наи­лучшими характеристиками (за исключением стоимости) и является самым распространенным диэлектриком для ГПП. При необходи­мости обеспечения низкой стоимости чаще всего используется лавсан.

Широкое применение в современных конструкциях технических средств ЭВМ находят МПП на основе керамики. Применение керамических подложек для изготовления печатных плат обусловлено прежде всего использованием высокотемпературных способов создания проводящего рисунка с мини­мальной шириной линий, однако используются и другие преимущества керамики (хорошая теплопроводность, согласование по коэффициенту термического расширения с корпусами ИМС и носителями и т. п.). При изготовлении керамических МПП наиболее широко используется толстопленочная технология.

В керамических основаниях в качестве исходных материалов широко применяются оксиды алюминия и бериллия, а также нитрид алюминия и карбид кремния.

Основным недостатком керамических плат является ограниченность их размеров (обычно не более 150x150 мм), что обусловлено в основном хрупкостью керамики, а также сложностью достижения необходимого качества.

Формирование проводящего рисунка (проводников) осуществляется трафаретной печатью. В качестве материалов проводников в керамических платах подложечного вида используются пасты, состоящие из металлических порошков, органического связующего вещества и стекла. Для проводниковых паст, которые должны обладать хорошей адгезией, способностью выдерживать многократную термообработку, низким удельным электрическим сопротивлением, применяются порошки благородных металлов: платины, золота, серебра. Экономические факторы заставляют применять также пасты на основе композиций: палладий - золото, платина — серебро, палладий — серебро и др.

Металлические жесткие основания, покрытые диэлектриком, характеризуются (как и керамические) высокотемпературным вжиганием в подложку толстопленочных паст на основе стекол и эмалей. Особенности плат на металлическом основании — повышенная теплопроводность, конструкционная прочность и ограничения по быстродействию из-за сильной связи проводников с металлическим основанием.

Широкое применение находят пластины из стали, меди, титана, покрытые смолой или легкоплавким стеклом. Однако наиболее совершенным по комплексу показаний является анодированный алюминий и его сплавы с достаточно толстым слоем оксида. Анодированный алюминий применяется также для тонкопленочной многослойной разводки плат.