Розробка конструкції та техніко-економічне обґрунтування таймера-регулятора потужност

Аддитивний метод полягає в створенні провідного малюнка за допомогою металізації достатньо товстим шаром хімічної міді (25--35 мкм),

що дозволяє виключити застосування гальванічних операцій і операцій витравлювання. Вихідним матеріалом при цьому служить нефольгований діелектрик. Виключення вищезгаданих операцій дозволяє істотно зменшити ширину провідників і зазори між ними, що у свою чергу забезпечує можливість збільшити густину монтажу на платі. Крім того, як показав досвід, вживання цього методу рядом фірм США сприяє зниженню вартості плати на 15-20 %, а також витрат хімікатів, скороченню виробничих площ і складу устаткування. До 10 % плат, що виробляється в Європі і США, виготовляються адитивним методом. Більш широкому його розповсюдженню перешкоджають патентні обмеження.

4.2.2 Хімічний спосіб виготовлення плат

Послідовність основних технологічних операцій позитивним і негативним методом відрізняється.

Негативний метод - для отримання захисного рельєфу методом фотодруку як фотошаблон використовується негативне зображення провідного малюнка плати, тобто пробільні місця чорні, а провідники - оптично прозорі. Таким чином, проходячи через світлі ділянки потік ультрафіолетового проміння при експонуванні полімеризує фоторезист, нанесений на поверхню заготовки, утворюючи захисний рельєф.

Позитивний метод - захисний шар наноситься на провідний малюнок, бо витравлювання здійснюється металевим покриттям, тому захисний рельєф наноситься на пробільні місця і для фотодруку використовується позитивне зображення плати.

Негативний метод найбільш поширений у виробництві плат побутової радіоапаратури, він характеризується мінімальною трудоємністю і можливостями автоматизації всіх операцій. Як метод отримання захисного рельєфу при цьому використовується найдешевший в масовому виробництві спосіб трафаретного друку - сіткографія із застосуванням фарби, що полімеризується за допомогою ультрафіолетового опромінювання.

Хіміко-механічна підготовка поверхні фольги може проводитися також на автоматичній лінії ГГМ 1.240.006. Захисна маска з епоксидної смоли наноситься на поверхню плати так, щоб відкритими були тільки контактні майданчики провідників, які залужуються припоєм ПОС при виконанні монтажних операцій.

Провідники, захищені епоксидним покриттям, обробці не піддаються і цим досягається значна економія олов'яного сплаву. Епоксидна захисна маса наноситься також способом трафаретного друку. Пробивка отворів звичайно проводиться штампуванням за допомогою кривошипних пресів.

З досвіду одного з підприємств захист провідників від лудіння при паянні виводів радіоелементів здійснюється за допомогою їх хімічної пасивації (хромування), оскільки хромова плівка на міді запобігає змочуванню її припоєм.

Захисна маска на контактних майданчиках служить потім флюсом при паянні на хвилі припою.

Головною перевагою даного методу є виключення з технології операції нанесення маски з епоксидної смоли, що представляє велику професійну шкідливість.

Позитивний метод застосовується вельми рідко і обмежується звичайно виготовленням смужкових плат. Як гальванічне покриття при цьому служить срібло з товщиною шару 9-12 мкм.

Плата з одностороннім або двостороннім розташуванням провідників без металізації отворів можуть бути виготовлені способами штампування, перенесення а також нанесення струмопровідних фарб (паст).

Спосіб штампування рекомендований для масового виробництва, при цьому як підставка служить будь-який діелектрик, у тому числі і картон. Мідна фольга завтовшки 35 мкм, змотана в рулон, з одного боку покрита

адгезійним шаром. Цим шаром фольга накладається на діелектрик, при штампуванні вирубка провідників комбінується з їх притиском до діелектрика. Непотрібна частина фольги відділяється. Потім плата піддається нагріву в пресованому положенні для полімеризації адгезійного шару з метою міцного зчеплення провідників з підложкою. Метод ефективний для плат масового виробництва з відносно простою схемою провідників.

Операція витравлення не застосовується, тому мідь витрачається по прямому призначенню, а відходи міді використовуються для переплавлення. Даний спосіб - найдешевший по витраті матеріалів і якнайменше трудомісткий.

Спосіб перенесення полягає в отриманні провідного малюнка на тимчасовій металевій підложці і потім перенесення його на діелектрик. Як тимчасова підложка служить пластина з корозійностійкої сталі типу 18ХН9Т. На пластині одержують захисний малюнок, як і при позитивному процесі, тобто пробільні місця закриті фоторезистом або фарбою.

Потім пластину піддають гальванічному мідненню в кислих електролітах і на ній утворюється провідний малюнок з міді завтовшки 35-50 мкм. Фоторезист або фарба відділяється, а пластина з провідним малюнком притискається до діелектрика, на поверхню якого нанесений клейовий шар.

Провідний малюнок легко відділяється від поверхні корозійностійкої сталі і приклеюється до діелектрика унаслідок дуже слабкого зчеплення електрообложеної міді з корозійностійкою сталлю. Як і у попередньому випадку, плата піддається нагріву в пресованому поляганні для полімеризації клейового з'єднання.

Метод перенесення доцільний в умовах дослідницького і дрібносерійного виробництва за відсутності очисних споруд і умов для утилізації міді з травильних відходів. Технологічний процес є прикладом безвідходної технології.

Спосіб отримання провідного малюнка за допомогою електропровідних фарб або паст ще не одержав широке вживання в промисловості через відсутність відповідних матеріалів необхідної якості, проте він є вельми перспективним і економічним для отримання плат широкомовної апаратури.

4.2.3 Електрохімічний спосіб отримання друкованої плати

Цей спосіб здійснюється за допомогою наступних основних операцій: нарізка заготовок, свердлення отворів, що підлягають металізації, підготовка поверхні; хімічного міднення; посилення міді гальванічним мідненням; нанесення захисного рельєфу на пробільні місця; гальванічне міднення; гальванічного покриття сплавом олово-свинець; видалення захисного рельєфу; витравлення міді з пробільних місць.

Вихідним матеріалом служить нефольгованний текстоліт, на обидві якого сторони нанесений адгезійний шар з епоксидно-каучукової композиції.

Підготовка поверхні діелектрика полягає в її хімічній обробці сумішшю хромової і сірчаної кислот, в результаті якої на поверхні утворюються мікрозападини, що забезпечують хорошу адгезію металізованого шару і хорошу змочуваність водними розчинами. Операція витравлення в даному процесі характеризується дуже малою тривалістю (до 1 хв), оскільки витравленню підлягає вельми тонкий шар хімічно обложеної і посиленої гальванічно до товщини 5-7 мкм міді. При витравленні такого тонкого шару міді ефект бічного затравлення практично відсутній, що дозволяє одержувати дуже вузькі провідники шириною до 0,15 мм і з таким же зазором між провідниками.

Таким чином, технологічний процес виготовлення друкарської плати електрохімічним (напіваддитивним) способом звільняє від необхідності фольгувати міддю діелектрики і забезпечує підвищену густину монтажу на платі, що обумовлює можливість у ряді випадків замінити складну у виробництві багатошарову друкарську плати на двосторонні. Нижче приведені характеристики окремих операцій і умови їх виконання.

Заготовки із текстоліта нарізаються з урахуванням технологічних полів на одноножових або багатоножових ножицях. На технологічному полі свердляться фіксуючі отвори відповідно до рекомендацій. Підготовка поверхні проводиться таким чином. Знежирену поверхню діелектрика піддають хімічній обробці з метою додання гідрофільності і виявлення в адгезійному шарі мікронерівностей. Видалення залишків хромових з'єднань з поверхні заготовки проводиться в наступній послідовності: промивка у воді, нейтралізація в розчині NaOH (5-10 %), повторна промивка, нейтралізація в розчині HCI (50-100 г/л), ще одна промивка у воді.

Для видалення продуктів реакції промивання водою чергують з промиванням в солянокислому розчині гидроксиламіна (20 г/л) і лужному розчині трилона Б. Поверхня адгезійного шару після того, що витравлення набуває рівномірний матовий відтінок унаслідок створення мінкрошороховатості. Свердлення отворів, що підлягають металізації, здійснюють за допомогою твердосплавних свердел.

Перед хімічним міднення заготовка обезжирюється в лужних розчинах з добавками ПАВ, а потім активується в суміщеному розчині. Рекомендується заготовки плат перед активацією промивати в розчині соляної кислоти (50 г/л), щоб уникнути розбавлення розчину-активатора водою.

Подальші операції технологічного процесу: нанесення захисного рельєфу, гальванічне міднення, гальванічне покриття сплавом олово-свинець, видалення захисного рельєфу і труїння міді з пробільних місць.

У виробничій практиці зустрічаються інші різновиди технологічного процесу, відмінні від приведеного вище, але в даний час вони застосовуються рідко, наприклад при виготовленні смужкових плат з нефольгованних діелектриків. Характерною особливостю цих процесів є вживання рідких фоторезистів, які наносяться на плату до свердлення отворів під металізацію.

Одним з варіантів електрохімічного процесу є так званий «тентинг-процес». В цьому варіанті заготовка друкованої плати, в якій просвердлені отвори, металізується повністю хімічним, а потім - гальванічним мідненням з товщиною шару 25-30 мкм. Далі за допомогою сухого плівкового фоторезисту завтовшки 40-60 мкм і фотошаблону-негативу виходить захисний малюнок з плівки фоторезисту, що перекриває всі отвори і захищаючі їх від попадання травильного розчину. Як і в звичному хімічному методі, провідний малюнок тут утворюється після труїння міді. Провідники, контактні майданчики і стінки отворів лудяться сплавом ПОС гарячим способом по методу «Льовельер» або ППВ (покриття припоєм з вигладжуванням). Тентинг-процес дає добрі результати при виготовленні багатошарової плати з внутрішніми переходами з діелектрика, обидві сторони якого покрито 5- або 35-мікронною мідною фольгою.

Основними операціями технологічного процесу є: свердлення отворів; анодування в 20 % розчині H2SO4 при Ia=1,5 А/дм2 протягом двох годин для отримання оксидної плівки, що підвищує електроізоляційні властивості поверхні; нанесення ізоляційного шару; хімічне міднення всієї поверхні із «затяжним» гальванічним мідненням.

Подальші операції виконуються в описаній вище послідовності. Як ізоляційний шар краще використовувати порошкові фарби ПЕП-219 з оплавленням кожного шару при температурі 180 оС.

Підготовка поверхні перед хімічним мідненням здійснюється таким чином. Після знежирення в розчині тринатрійфосфату проводиться обробка в ацетоні, розбавленим водою відносно 2:1, протягом 10 хв для підвищення гідрофільності поверхні, а потім затруювання в розчині наступного складу: хромовий ангідрид (30 г/л), сірчана кислота (650 мл/л) при температурі 50-60 °С із подальшою промивкою і нейтралізацією.

З метою забезпечення необхідної міцності зчеплення провідників з підложкою передбачено створення мікрошорсткості поверхні за допомогою того, що труїння в сірчанохромовій суміші. Ця операція викликає серйозні ускладнення у виробництві, пов'язані з токсичністю хромових з'єднань і необхідністю вживання заходів по знешкодженню відходів.

Оброблюваний діелектрик у вигляді плівкового матеріалу поміщається між алюмінієвою пластиною і епоксисклотканиною, по зовнішній поверхні якої виконує поворотно-поступальна рухи електрод з чотирьох циліндрів.

На рухомий електрод і алюмінієву пластину подається напруга від високочастотного генератора (20-40 кГц) величиною 1,4 кВ. Густина струму, при якій виникають коронні розряди, складає 1,5 мА/см2. В результаті дії коротких розрядів поверхня стає мікрошорсткою.

Технологічний процес електрохімічної металізації заготівок при використовуванні різних плівкових матеріалів складається з операцій: очищення (звичне), сушка, обробка коротким розрядом, активація, обробка в розчині «прискорювача», хімічного міднення і гальванічного міднення.

4.2.4 Комбінований спосіб

Залежно від методу нанесення захисного малюнка провідників при витравленні міді комбінований спосіб може здійснюватися в двох варіантах: негативному, коли захистом від витравлення служать фарба або фоторезист, і позитивному, коли захисним шаром служить металеве покриття (металорезист). Назви ці способи одержали від фотошаблону, що використовується при створенні захисного рельєфу: в першому випадку при експонуванні малюнка використовується негатив друкарської схеми, в другому - позитив. Комбінований метод виготовлення друкарської плати застосовується рядом підприємств з дрібносерійним виробництвом.

Негативний комбінований спосіб має наступні недоліки:

- При свердленні отворів на виході свердла утворюються заусенці і створюються напруження, направлені на відрив контактного майданчика. Для збереження контактного майданчика в конструкції плат передбачається збільшення діаметру контактного майданчика (ширини поясочка) на 0,6-0,8 мм. Ця вимога приводить до зниження густини монтажу.

- У результаті витравлення міді на початку процесу діелектрик залишається “голим” для дії агресивних гальванічних розчинів і активних флюсів (HCI). З цієї причини опір ізоляції готової плати на порядок нижче, ніж при позитивному процесі.

- У зв'язку з тим, що гальванічна металізація здійснюється в пристосуваннях, що закривають отвори з однією сторони, товщина шару металу в отворі дуже нерівномірна; часто мають місце випадки відшаровування металу при перепаюванні деталей.

- Процес передбачає багато ручних операцій.

- Операция покриття сплавом РbSn особливо токсична через виділення продуктів, що містять свинець і кадмій.

Недоліком позитивного комбінованого способу є нестійка дія фоторезистів на основі полівінилового спирту при виконанні двократної гальванічної обробки, що створює великі труднощі у виробництві (зачистка і т. п.).

До недоліків обох способів можна віднести наступні:

- Розрив технологічного процесу через застосування ручних операцій лакування, що вимагає високої кваліфікації маляра.

- Свердлення через лакову плівку погіршує стійкість свердел.

- Рідкі фоторезисти створюють захисний малюнок товщиною не більше 12 мкм, тоді як гальванічне осадження міді і покриття проводиться на товщину від 30 до 60 мкм (і більше). В результаті цього метал наростає за межі малюнка провідного шару і це «розростання» доводиться зрізати скальпелем, що пов'язане з великими витратами часу і застосуванням ручнї роботи.

Негативний спосіб легше освоюється через знижені вимоги до стійкості фоторезисту і можливості труїння в будь-яких розчинах (у тому числі Fе2CI3), позитивний - забезпечує більш високу густину монтажу і кращі діелектричні властивості плати, він дозволяє також здійснювати автоматизацію окремих операцій, наприклад гальванічне осадження.

Обидва способи характеризуються значною трудомісткістю, оскільки в технологічних процесах використовується багато ручних операцій, тому вони можуть використовуватися лише в умовах дослідного і дрібносерійного виробництва. Найперспективнішим є позитивний спосіб, здійснюваний по так званому базовому технологічному процесу, структура якого аналогічна вищевикладеному напіваддитивному процесу. До основних операцій процесу можна віднести нарізка заготівок і свердлення

отворів, що підлягають металізації; підготовчі операції; хімічне міднення; потовщення шару міді до 5-7 мкм гальванічним мідненням; нанесення захисного рельєфу на пробільні місця; гальванічне міднення; гальванічне покриття сплавом олово-свинець; видалення захисного рельєфу; труїння; обрізання по контуру, оплавлення покриття олово - свинець; маркування, консервацію, упаковку.

Процес забезпечує отримання зазорів між провідниками і ширину провідників до 0,2 мм.

Підготовчі операції перед хімічним мідненням заготівок плат з просвердленими отворами можуть здійснюватися в двох варіантах:

1) Механічна зачистка з метою видалення заусенців і дефектів на поверхні фольги в поєднанні з хімічними операціями. Послідовнічсть виконання технологічних операцій є такою: механічна зачистка фольги, хімічне знежирення, промивка в гарячій і холодній воді, затруювання, промивка в холодній воді, активація, промивка в уловлювачах, промивка в холодній воді, обробка в розчині «Прискорювач», промивка в холодній воді.

2) Електролітичне полірування. Послідовність операцій: хімічне знежирення, промивка в гарячій і холодній воді, активація, промивка в уловлювачах, промивка в холодній воді, електролітичне полірування, промивка в холодній воді.

Використовуючи комбінований метод, можна виготовляти плати з підвищеною густиною монтажу. В цьому випадку початковим матеріалом служить текстоліт, фольгованний дуже тонкою мідною фольгою (товщина фольги 5 мкм). Мідна фольга захищається від можливих пошкоджень, при зберіганні, транспортуванні і свердленні отворів мідним або алюмінієвим листовим протектором завтовшки 50-75 мкм. Матеріал з мідним протектором одержав назву «Слофадіт», а з алюмінієвим протектором - СТПА.

Після свердлення отворів в заготовці і операції хімічного міднення протектор відділяється від поверхні фольги і укладається в окрему тару для подальшої здачі підприємствам кольорової металургії як вторинна сировина. Заготовка піддається гальванічній металізації («затягуванню») і іншим операціям приведеним вище.

Тривалість операції труїння зменшується в 5 разів, оскільки товщина шаруючої міді, що підлягає витравленню, складає 10-12 мкм замість 45-50 мкм у разі застосування звичайних фольгованих діелектриків. В результаті цього ефект бічного затруювання практично виключається і досягається можливість отримання вузьких провідників шириною до 0,15 мм і таких же зазорів між ними, що характерно для плат, що виготовляються по напіваддитивній технології.

Технологічний процес виготовлення двобічної друкованної плати комбінованим методом з матеріалу типа «Слофадіт» забезпечує підвищену густину монтажу (клас 3 згідно з ГОСТ 23751-79), що дозволяє у багатьох випадках багатошарові плати в 6-8 шарів замінити на двосторонні.

Широке вживання мікрозбірок, інтегральних схем і виробів сучасної напівпровідникової техніки привело до того, що при монтажі їх на друкованну плату різко зросла комутація між ними і з'явилась необхідність розміщення провідників в різних, ізольованих один від одного шарах багатошарової плати. Багатошарові з'єднання здійснюються через металізовані скрізні отвори, тому і метод виготовлення БДП одержав назву «метод наскрізної металізації». Інші способи міжслойового з'єднання застосовуються дуже рідко і тому не передбачені нормативно-технічною документацією .

На заготовках з тонких фольгованих діелектриків, наприклад мазкий СТФ-1 або СТФ-2, хімічним методом одержують провідний малюнок,

використовуючи рідкі або сухі плівкові фоторезисти. Як витравлювачі можуть бути використані різні по типу розчини: кислотні або лужні. При виборі розчину слід зупинитися на тому складі, який прийнятий для основного процесу. Після витравлення міді спостерігається небажана деформація стиснення діелектрика, обумовлена внутрішніми напруженнями, що проявляють свою дію після видалення частини мідної фольги. Величина цих деформацій залежить від характеру провідного малюнка і вона мінімальна у разі вживання діелектриків, фольгованих міддю з двох сторін.

Спочатку на кожному технологічному полі окремо узятого шару з провідним малюнком пробиваються базові або фіксуючі отвори, за допомогою яких при збірці досягається хороше поєднання контактних майданчиків по вертикалі. Кількість отворів встановлюється залежно від розмірів плати нормативно-технічною документацією і доходить до 10.

Для виконання даної операції призначена установка поєднання і штампування базових отворів. Установка розрахована на заготовки плат з максимальним розміром 500x500 мм і мінімальним - 200x200 мм. Крок переміщення столу -10 мм. Точність базування ±0,05 мм. Діаметр базових отворів - 5 мм. Аналогічні отвори пробиваються в листах прокладки склотканини.

Прокладки із склотканини є листами із кручених ниток діаметром 0,1-0,25 мм, просоченої епоксидним лаком ЕД-8-Х. Цей матеріал знаходиться в недополімеринзованому положенні і має наступний склад (мас, частки %): летючі -0,3-1,2; зв'язуючі -45-52; розчинні смоли - 85-100. Час гелеоутворения - 5-15 хв, термін зберігання прокладки із склотканини - 6 міс. Після закінчення цього терміну процеси полімеризації в матеріалі, що протікають мимовільно, погіршують його здібність до склеювання при пресуванні багатошарової плати.

Для забезпечення високої міцності зчеплення поверхні мідних провідників з ізолюючими між шаровими матеріалами необхідно додати їм мікрошорсткість, а ще краще створити оксидний шар відповідною хімічною або струменевою обробкою травильними розчинами складу (г/л): CUCI2-40-45, NH4CI-145-150 або (NH4) 2S2O8 - 200-250, H2SO4 -5-7. Температура розчину - до 60 °С. Для виконання цієї операції випускається установка у вигляді лінії хімічної підготовки шарів перед пресуванням. Лінія модульної конструкції має в своєму складі окремі модулі для затруювання, промивки і сушки заготовок. Швидкість конвеєра регулюється і цим забезпечується необхідна продуктивність і якість обробки.

За наявності великих ділянок міді більш ефективне хімічне оксидування в розчинах типу «Етанол» наступного складу (мас, частки %): NaCIO2-48; NaOH- 40; Na3PO4 - 12. Обробка заготовок проводиться у водному розчині, що містить 180 г/л цього складу, при температурі 90°С до утворення чорного оксидного покриття. Для здійснення цієї операції можна використовувати лінії з комплекту ванн гальванічної лінії АГ, по окремій компоновці.

Збірка пакету проводиться в прес-формі шляхом послідовного укладання окремих шарів БДП і склотканини прокладки із склотканини, кількість листів якої визначається відповідною нормативно-технічною документацією, наприклад три листи завтовшки 0,025 мм для односторонніх шарів. При збірці пакету необхідно звертати увагу на правильне орієнтування ниток склотканини. Для усунення впливу нерівностей поверхні прес-форми, різнотовщинності листів, прокладок і т.п. на них укладаються листи триацетатної плівки, кабельного паперу і інших матеріалів.

Пресування відбувається при постійній температурі (160- 170 °С) в два ступені: перша - при тиску 0,1-0,5 МПа, тривалості її - від 10 до 200 хв залежно від часу гелеоутворения, характерного для даної партії склотканини; друга - при тиску від 2 до 3,4 МПа. Тиск уточнюється для

кожної партії склотканини на основі результатів аналізу при вхідному контролі. Час витримки 50-70 хв. Після охолоджування прес-форми і витягання спресованого пакету слідує обрізання шару на роликових ножицях.

Для забезпечення хорошої якості БДП необхідно стежити за мікрокліматом в приміщенні. Температура повітря в приміщенні повинна бути в межах 23-25°С, відносна вологість - не більше 40%. Приміщення повинне бути знепилено, оскільки попадання порошинок при збірці викликає утворення різних дефектів в БДП.

Страницы: 1, 2, 3