Изготовление многослойных печатных плат: инновационная технология производства

Многослойные печатные платы (МПП) широко применяются в производстве электроники. По сравнению с одно- и двухсторонними печатными платами они обеспечивают более высокую плотность монтажа элементов и межсоединений. Существует несколько основных методов изготовления МПП, постоянно совершенствующихся. Рассмотрим используемые сегодня технологии.

Один из распространенных методов - металлизация сквозных отверстий. При этом внутренние слои изготавливаются отдельно, затем объединяются в пакет. Далее сверлятся сквозные отверстия, стенки которых соединяют разные слои.

Этапы производства многослойных печатных плат

Производство многослойных печатных плат (МПП) состоит из нескольких основных этапов. Первым этапом является изготовление отдельных внутренних слоев химическим методом. Далее слои прессуются в монолитный пакет и сверлятся сквозные и глухие переходные отверстия. После этого происходит металлизация отверстий и формирование электрических соединений между слоями.

• Изготовление внутренних слоев
• Прессование слоев в пакет
• Сверление переходных отверстий
• Металлизация отверстий

Особое внимание уделяется созданию скрытых и глухих переходных отверстий, которые позволяют увеличить плотность межсоединений без потери площади для трассировки.

МПП, изготовленные методом металлизации сквозных отверстий, обладают множеством преимуществ перед другими методами. Они имеют более высокую надежность, плотность монтажа и возможность электромагнитного экранирования.

Изготовление скрытых и глухих переходных отверстий

Переходные отверстия играют ключевую роль при изготовлении многослойных печатных плат. Они обеспечивают электрические соединения между разными слоями МПП. Различают скрытые и глухие переходные отверстия.

• Скрытые переходные отверстия создаются на этапе изготовления отдельных внутренних слоев. Их просверливают и металлизируют между нужными парами слоев. При последующей сборке многослойного пакета эти отверстия оказываются внутри конструкции.
• Глухие переходные отверстия выполняют методом контролируемой глубины сверления уже в собранном многослойном пакете. Их сверлят с внешнего слоя до нужного внутреннего.

Преимущество скрытых переходных отверстий в том, что они не ограничивают свободную площадь для трассировки на внешних слоях. Глухие переходные отверстия проще изготавливать, но накладывают ограничения на глубину сверления.

При изготовлении многослойных печатных плат комбинируют оба типа отверстий. Скрытые переходные отверстия используют для соединения глубоко расположенных внутренних слоев. Глухие отверстия применяют для соединения близлежащих слоев, например последовательно от 6-го к 5-му, от 5-го к 4-му и т.д.

Преимущества метода металлизации сквозных отверстий

Метод металлизации сквозных отверстий является наиболее передовым для изготовления многослойных печатных плат. Он позволяет создавать МПП с высочайшей плотностью монтажа и электрических соединений.

• Высокая свобода размещения внутренних соединений. Переходные отверстия можно располагать в любом месте МПП.
• Максимальная плотность межсоединений за счет эффективного использования площади каждого слоя.
• Короткие линии связей благодаря оптимальной электрической структуре.

Кроме того, метод металлизации сквозных отверстий обеспечивает:

• Высокую надежность передачи высокоскоростных сигналов;
• Эффективное экранирование разных групп цепей;
• Устойчивость к внешним воздействиям;
• Возможность увеличения числа слоев.

По сравнению с другими методами изготовления МПП, металлизация сквозных отверстий обеспечивает максимально высокие электрические и эксплуатационные характеристики.

Современное оборудование для производства МПП

Для изготовления высокотехнологичных многослойных печатных плат по методу металлизации отверстий применяется самое современное автоматизированное оборудование.

• Фотоплоттеры и прямые лазерные установки для точного изготовления шаблонов.
• Автоматические линии химического травления внутренних слоев МПП.
• Высокоточные прессы для сборки многослойных пакетов.

Для металлизации отверстий используют специальные установки гальванического наращивания. Современные модели позволяют получать стабильное высокое качество меднения.

Для сверления сквозных и глухих переходных отверстий в МПП применяют многошпиндельные сверлильные станки с ЧПУ. Они оснащены системами технического зрения для оптической инспекции и высокоточной системой позиционирования.

Технология печати внутренних слоев

Внутренние слои многослойных печатных плат изготавливают методом химического травления с использованием фотолитографии. Сначала на основу (стеклотекстолит или композит) ламинируется медная фольга. Затем на фольгу наклеивается фоточувствительный слой.

Далее на фоточувствительный слой экспонируется изображение будущего рисунка внутреннего слоя с помощью фотошаблона. После проявления, нерастворенный фотослой защищает участки меди от травления.

• Первый этап - нанесение фоточувствительного слоя;
• Второй этап - экспонирование через фотошаблон;
• Третий этап - проявление и травление.

Современные автоматизированные линии печати внутренних слоев МПП позволяют выполнять весь процесс с минимальным участием оператора, обеспечивая стабильно высокое качество.

Метод изготовления внутренних соединений

Для формирования электрических соединений между слоями многослойных печатных плат применяют метод гальванического меднения отверстий - так называемую металлизацию отверстий.

В основе этого метода лежит процесс электролитического осаждения меди на проводящую поверхность. При пропускании электрического тока через электролит, происходит перенос ионов меди на заготовку - формируется медное покрытие заданной толщины.

• Анод - пластина чистой меди;
• Катод - стенки металлизируемых отверстий;
• Электролит - водный раствор солей меди.
• При подаче тока ионы Cu2+ восстанавливаются на катоде, образуя медное покрытие.

Качество осажденной меди и скорость процесса зависят от плотности тока, температуры и состава электролита. Современные автоматизированные гальванические линии обеспечивают стабильно высокое качество металлизации.

Сборка многослойного пакета

После изготовления всех внутренних слоев, их необходимо совместить и скрепить в единый многослойный пакет. Этот ответственный этап производства МПП выполняют на специальных высокоточных гидравлических или вакуумных прессах.

Сущность процесса заключается в следующем: заготовки внутренних слоев укладывают стопкой в определенной последовательности, между ними закладывают листы prepreg - частично отвержденного стеклотекстолита. Затем пакет помещают в пресс.

• Совмещение заготовок внутренних слоев;
• Укладка листов prepreg между слоями;
• Загрузка пакета в пресс.
• Прессование при повышенной температуре для полимеризации prepreg.

В результате прессования и отверждения связующего, все слои склеиваются в единую монолитную пластину. Высокая точность совмещения обеспечивается использованием позиционирующих штифтов и оптических систем позиционирования.

Прессование и металлизация отверстий

Одним из важнейших этапов изготовления многослойных печатных плат является прессование заготовок и металлизация отверстий. Этот процесс позволяет соединить отдельные слои в единую конструкцию и обеспечить электрические переходы между слоями.

Прессование представляет собой склеивание отдельных заготовок слоев под давлением и температурой. При этом важно подобрать оптимальные режимы для обеспечения прочного соединения слоев, но без повреждения заложенных в слои элементов. Обычно используют давление порядка 1-2 МПа и температуры 150-200 градусов.

Металлизация отверстий выполняется для обеспечения электрических переходов между слоями печатной платы. После прессования в многослойной заготовке сверлятся сквозные отверстия, соединяющие разные слои. Затем эти отверстия металлизируются с помощью гальванического осаждения меди. Таким образом получаются электрические переходы сквозь все слои печатной платы.

Качество металлизации отверстий имеет принципиальное значение для надежности многослойной печатной платы. Поэтому особое внимание уделяется подбору оптимальных режимов осаждения меди, контролю толщины покрытия. Также важно обеспечить хорошую адгезию медного покрытия к стенкам отверстий для надежности электрических контактов.