Технология изготовления печатных плат

Заготовки для жестких печатных плат представляют собой несколько спрессованных слоев стекловолокна (обычно 8 слоев), покрытых медной фольгой. Пространство между слоями заполнено наполнителем. Самый простой способ расположения стеклянных волокон - когда они перпендикулярны друг другу. При различной ориентации волокон в слоях прочностные характеристики материала становятся одинаковыми по всем направлениям. Толщина материала оценивается без учета медной фольги. Толщина фольги одинакова с обеих сторон.

Основа: бумага, стекловолокно, керамика, арамид. Наполнитель:фенольная смола, эпоксидная смола, полиэстер, полиимидная смола, бисмалеинимид-триазин, эфир цианата, фторопласт.

Существует множество материалов для печатных плат. Они выполняю роль диэлектрика и различаются своими электрическими , механическими и температурными особенностями. Наиболее важные характеристики, которые учитываются при выборе диэлектрика, являются диэлектрическая постоянная (особенно для высокоскоростных пп) и температура стеклования Tg.

обозначение

состав

температура стеклования

диэлектрическая постоянная

относительная стоимость

примечание

FR2

бумага и фенольная смола

105

4,7

0,73

FR3

бумага и эпоксидная смола

110

4,9

0,85

FR4

фольгированный эпоксидный стеклотекстолит

135 - 170

4,7

1

Это наиболее распространенный материал для печатных плат. FR4 толщиной 1.6мм состоит из 8 слоев стеклоткани № 7628. Логотип производителя / обозначение класса горючести красного цвета расположен в середине (4 слой). Температура использования этого материала — 120 - 130°C.

FR5

то же с уменьшенным диаметром стекловолокна

160

4,6

1,4

Это стеклотекстолит подобный FR4, но температура использования этого материала 140 — 170°C.

BT

бисмалеинимид-триазиновая смола со стеклом

180-220

3,9-4,9

5,3

CE

цианат-эфир со стеклом

230

3,6

4,5

CEM1

бумага с эпоксидной смолой, на которую напрессованы листы стеклоткани

130

4,7

0,95

Из за бумажной основы в материале CEM1 невозможна металлизация отверстий, поэтому он применяется для односторонних плат.

CEM3

стеклотекстолит, облицованный с двух сторон FR4

130

5,2

0,95

CEM3 наиболее похож на FR4. Материал легко сверлится и штампуется. Это полная замена FR4 и у этого материала очень большой рынок в Японии.

PD

полиимидная смола

260

4,2-4,6

6,5

PTFE

фторопласт

240-280

2,2-10,2

32-78

CHn

смесь гидрокарбоната и керамики

300

4,5-9,8

90

При проектировании печатных плат необходимо учитывать диэлектрические свойства материала (диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь). От правильного выбора материала зависит исправная работа платы.

Диэлектрическая постоянная (проницаемость) - отношение емкости конденсатора, где в качестве диэлектрика используется испытываемый материал, к емкости такого же воздушного конденсатора. Она существенно зависит от типа вещества и от внешних условий (температуры, давления, влажности и частоты).

Эту характеристику необходимо учитывать (особенно для высокочастотных пп) по той причине, что высокое быстродействие современных пп предъявляет особые требования к таким параметрам, как время задержки сигналов и емкость. Скорость передачи сигналов в проводниках зависит главным образом от диэлектрической проницаемости. Ее значения для современных диэлектриков для печатных плат лежат в пределах 2,2 - 10,2. Задержка сигнала в линии может превышать 6 нс/м.

Так же задержка увеличивается с увеличением частоты подаваемого напряжения. Если на проводник подать идеальное, прямоугольное, напряжение (1) (см. рис.), то на выходе сигнал "размывается" (2), появляется сдвиг фаз. Чем больше частота и тангенс угла потерь, тем сильнее искажается сигнал.

Тангенс угла диэлектрических потерь в изоляционных материалах определяется отношением общих потерь мощности в материале к произведению напряжения и тока в конденсаторе, в котором исследуемый материал работает в качестве диэлектрика. Диэлектрические потери обусловлены нагревом диэлектрика. Их составляющими являются потери на электропроводность, поляризацию диэлектрика, резонансные потери (при частотах, совпадающих с собственными частотами колебаний электронов и ионов), потери, обусловленные неоднородностью (слоистостью, проводящими и газовыми включениями). Чем меньше тангенс угла потерь, тем высококачественее радиоэлемент. Обычно через тангенс угла потерь характеризуют добротность конденсаторов.

Использование диэлектриков с улучшенными диэлектрическими параметрами дает незначительный выигрыш в задержке. Поэтому в общем случае задержка зависит от длины печатных проводников.

В высокочастотных печатных платах из-за разной длины проводников в конечные точки сигнал приходит в разное время и в разной фазе. Чтобы этого избежать, форму проводника корректируются таким образом, чтобы их длина была одинаковой.

Часто на печатной плате выполняются конденсаторы. Это накладывает ограничение на допустимые колебания диэлектрической постоянной, т.к. в партии конденсаторов их величина их емкостей должна колебаться в пределах заданной величины. Для FR4 на частоте 1 МГц значение диэлектрической проницаемости не должно превышать 5,4, а типовое значение составляет 4,5. Тангенс угла диэлектрических потерь на этой частоте должен быть не более 0,035, а его типовое значение 0,017.