Пошаговая технология производства СВЧ печатных плат

Высокочастотными печатными платами комплектуются современные средства связи, работающие на высоких скоростях. Основные производственные процессы определяет проектирование печатных плат СВЧ.

Изготовление печатных плат СВЧ

Исходный материал

Как исходный материал применяется диэлектрический композит с двусторонним ламинированием медной фольгой.

Диэлектриками выступают следующие материалы:

• стеклотекстолит FR4: материал из стеклоткани с эпоксидной пропиткой;
• Rogers RO4000 или RO4003: керамический наполнитель для печатных плат, усиленный стекловолоконным армированием;
• Arlon ADseries: армированный лист фторопласта (PTFE), используемый для современных печатных плат.

Подготовка отверстий

Производство высокочастотных печатных плат на данной стадии требует применения высокоточного оборудования. Для подготовки отверстий идеально подходят станки с ЧПУ.

Химическое и предварительное гальваническое осаждение меди

Гальваническая металлизация делает стенки изделия проводимыми и предотвращает разрушение осажденной меди.

В результате обработки на композитной основе образуется тонкий палладиевый слой. Прямая металлизация палладием позволяет получить необходимое сцепление покрытия с композитной основой.

Поверх наносится гальваническая медь слоем толщиной 5 мкрн.

Нанесение фоторезиста

Фоточувствительный слой (фоторезист) отличается светочувствительностью к ультрафиолету, поэтому наносится в помещении с желтыми лампами при высоких гигиенических требованиях.

Изготовление печатных плат СВЧ допускает применение пленочных и жидких фоторезистов. Первые наносятся с помощью ламинирования, вторые – специальными валиками.

Экспонирование фоторезиста

Этот процесс может осуществляться двумя способами:

• Негативные фотошаблоны

Фотошаблон соединяют с платой, затем его прозрачные участки засвечиваются и полимеризуются. Это позволяет им не растворяться при проявлении. Затем фотошаблон снимают.

• Прямым методом

Осуществляется с помощью лазерной установки для экспонирования, оснащенной UV-лазером или UV-матрицей.

Проявление фоторезиста

При проявлении фоторезиста незасвеченные фрагменты смывают раствором, а засвеченные сохраняются.

Гальваническое осаждение меди

Осаждение меди осуществляется на ранее подсвеченные элементы: проводники и внутренние стенки отверстий. Производство СВЧ печатных плат на этой стадии регламентируется стандартами для толщины металла.

По ГОСТ 23752-79 для толщины металлизации применяются следующие минимальные значения:

• двухслойные печатные платы: 20 мкм;
• многослойные печатные платы: 25 мкм.

По IPC-6012B другие стандарты минимальной толщины для ДПП и МПП:

• Class-2: 20 мкм;
• Class-3: 25 мкм.

При использовании обычных фоторезистов получить медное покрытие толщиной более 30 мкм внутри отверстий нельзя, поскольку этот процесс идет одновременно с нанесением на проводники.

Гальваническое осаждение металлорезиста

Осаждение металлорезиста происходит на элементах, не защищенных фоточувствительным слоем. Для покрытия используются металлы и сплавы с более низкой скоростью травления, чем у меди.

Удаление фоторезиста

Фоторезист смывают для подготовки к травлению. Отверстия и проводники защищены гальваническим слоем металлорезиста.

Травление меди

Базовый медный слой, не защищенный металлорезистом, подвергается травлению в горизонтальной конвейерной установке.

Удаление металлорезиста

В ходе операции Solder Mask over Bare Copper (маска поверх необработанной меди) металлорезист смывают при помощи специального раствора. Если паяльная маска не нанесена, металлорезист только оплавляют.

Нанесение защитной паяльной маски

Поверхность покрывают вместе с медными элементами. Тип маски определяется в процессе проектирования печатной платы СВЧ:

• Пленочная: ламинированное покрытие, которое может использоваться только для изделий 3 класса точности и ниже.
• Жидкая: покрытие, полученное с помощью сеткотрафарета. Применяется к изделиям высоких классов точности.

Экспонирование защитной паяльной маски

• С негативными фотошаблонами

Фотошаблон устанавливается на плату с негативно нанесенным рисунком контактных площадок. Прозрачные участки подвергаются засвечиванию и фотополимеризации, и при проявлении они не будут смыты. По окончании экспонирования фотошаблон необходимо удалить.

• Прямое

Это засвечивание маски с помощью UV-лазера или UV-матрицы. Подсвеченные фрагменты фотополимеризуются, что при проявлении не дает им раствориться.

Проявление паяльной маски

Незасвеченные фрагменты удаляются, засвеченные – остаются. Заготовка проходит через контроллер, затем отправляется в печь для последней фотополимеризации.

Печать маркировочной краски

Изготовление высокочастотных печатных плат обязательно подразумевает создание надписей, необходимых для идентификации элементов. Нанесенная маркировка проходит через контроль качества, а выполняться печать может:

• При помощи сетчатого трафарета

Используется для нанесения контуров, букв, цифр, различных символов.

Струйным методом

Надписи создаются с помощью чернильных капель, отвержденных ультрафиолетом. Этот способ маркировки считается наиболее современным и приемлемым.

Финишное покрытие

Обеспечивает благоприятные условия для пайки платы.

• HASL

Hot Air Solder Leveling – это создание финишного слоя с помощью погружения изделия в жидкий свинцовый или бессвинцовый припой.

• Иммерсионное золото

Этот вид покрытия наносится по подслою никеля. Толщина материалов в соответствии со стандартами IPC-4552 должна быть:

• никель: 3–6 мкм;
• золото: 0,05 мкм.