Как отмечалось ранее, наиболее технологичным и широко применяемым в производстве ММП является конструкторско-технологический вариант пакетной МПП с металлизацией сквозных отверстий (см. рис. 1, б, табл. 1, 1, г) и его разновидности, реализуемые на основе слоистых пластиков. При реализации данного варианта МПП в простейшем случае

Рис. 3 Наиболее важные этапы изготовления и структура МКП (МПП) на керамических основаниях: а…в - по пакетной технологии; г…ж - по подложечной технологии (по технологии послойного наращивания); а - подготовка исходных заготовок, в том числе и формирование отверстий; б - создание коммутации (в том числе межслойной); в - прессование пакета (замоноличивание); г - подготовка подложки; д - формирование коммутации; е - формирование межслойного диэлектрика; ж - формирование следующих слоев коммутации (этапы е, ж могут повторяться требуемое число раз); l - керамическая заготовка с отверстиями; 2 - сквозные отверстия, подлежащие металлизации; 3 - коммутирующие элементы; 4 - керамическая прокладка; 5 - межслойный диэлектрик; 6 - монолитная структура МКП.

Таблица 2

Дополнительные сведения о технологиях изготовления керамических и полиимидных МПП

Обозначения: T, t, P соответственно: температура, время, давление; температура и время сушки; скорость перемещения ракеля; а зазор между экраном трафарета и ракелем; удельное поверхностное сопротивление; - время толкания лодочки; температура и время прессования; температура обжига; температура восстановления металлизации; температура вжигания Ni; температура пайки в электропечи; скорость движения конвейерной ленты; температура и время лужения; температура и время химической обработки; температура и время промывки; температура и время обработки азотом (горячим); давление струи сжатого воздуха; скорость вращения центрифуги и время центрифугирования; время экспонирования; - время проявления; температура дубления; температура и время травления; рабочее давление, напряжение и время обработки в тлеющем разряде; остаточное давление в вакуумной установке при напылении; температура при напылении; температура и время термообработки после напыления (в вакуумной камере); плотность тока электролита; температура и время гальванического осаждения; остаточное давление при плазмохимическом доудалении фоторезиста; температура и время травления меди, время травления хрома; температура и остаточное давление в вакуумной камере при пропаивании пакета; время выдержки при комнатной температуре, температура и время отверждения клея.

используются: для наружных слоев односторонний фольгированный диэлектрик, для внутренних - одно - или двухсторонний фольгированный диэлектрик, а в качестве межслойной изоляции - стеклоткань (например, марки СПТ-3). Из этих материалов изготавливают заготовки, в которых пробивают базовые отверстия для совмещения слоев и производят очистку поверхностей. Например, подготовка поверхностей фольгированных заготовок (с толщиной медной фольги не менее 18 мкм) включает: обезжиривание в горячем щелочном растворе (содержащем тринатрийфосфат, соду кальцинированную, поверхностно-активное вещество (ПАВ), пеногаситель; при температуре раствора 40…50); промывку горячей водой (40…50 ), затем холодной проточной водой; подтравливание в растворе (содержащем медь двухлористую, аммоний хлористый, кислоту соляную; при температуре раствора 20…30); промывку, аналогичную предыдущей; обработку в серной кислоте (для удаления шлама); промывку проточной холодной водой; просушивание заготовок; контроль качества. При использовании заготовок с тонкомерной фольгой (толщиной 5 мкм и менее) подготовка поверхностей включает: удаление протектора; обезжиривание (в растворе, содержащем кислоты серную и муравьиную, ПАВ, пеногаситель; при температуре раствора 20…35); промывку горячей проточной водой; просушивание (при 40…50 ); контроль качества.

На заготовках для внутренних слоев МПП рисунок коммутации получают чаще всего с двух сторон по субтрактивной технологии, либо по комбинированной позитивной технологии, если в заготовках нужны металлизированные отверстия. Далее заготовки после специальной их обработки, обеспечивающей требуемую прочность сцепления, совмещают друг с другом по базовым отверстиям, чередуя с прокладками, и спрессовывают в монолитную структуру. После этого в замоноличенном пакете изготавливают сквозные отверстия. Далее с использованием комбинированной позитивной технологии формируют коммутирующие элементы наружных слоев с металлизацией сквозных отверстий в замоноличенном пакете. Отличительной особенностью следующих после прессования операций является более сложная подготовка сквозных отверстий к металлизации. Метод гидроабразивной обработки отверстий не гарантирует полного обнаружения медных торцевых поверхностей контактных площадок внутренних слоев коммутации, особенно из тонкой фольги. Для увеличения сцепления химико-гальванической металлизации с внутренними контактными площадками проводят химическое травление диэлектрика на величину не более половины толщины фольги в серной и плавиковой кислотах. В производстве применяют комплексную подготовку отверстий, подлежащих металлизации, которая включает гидроабразивную очистку, подтравливание диэлектрика и ультразвуковую промывку для удаления продуктов химических реакций и остатков кислот. Такую подготовку проводят на автоматизированной автооператорной линии, обеспечивающей высокое качество и безопасные условия труда. Контроль качества подтравливания производится с помощью микроскопа. Однако, использование для травления стенок отверстий (перед их металлизацией) горячих концентрированных кислот, требует некоторого их запаса, постоянного контроля, многочисленных промывок заготовок, нейтрализации растворов и т.д., что способствует освоению сухих способов травления, в частности, плазмохимического травления (ПХТ). Низкотемпературная плазма из смеси газов, например, кислорода и фреона при температуре 50…70 превращает эпоксидную смолу в летучее вещество, легко удаляемое из отверстий, что не требует промывок и сушек заготовок. Кроме того, процесс ПХТ полностью автоматизируем, не требует запаса агрессивных реактивов, реализуется в чистых условиях (в вакуумной камере), а реактивная природа плазмы проявляется только после ее генерации, но при снятии напряжения возбуждающего плазму, технологическая среда превращается в смесь нейтральных газов. Технология ПХТ продолжает совершенствоваться в направлениях: замены фреона, разработки универсальной оснастки оборудования ПХТ для селективного травления стенок отверстий разной формы.

Заготовки с внутренними слоями коммутации, выполненной на тонком односторонне фольгированном диэлектрике, после стравливания меди с нерабочих участков склонны к линейной деформации. Поэтому базовые отверстия на технологическом поле заготовок пробивают после операции травления меди, ориентируясь на специальные реперные знаки. Например, установка для пробивки базовых отверстий типа АРСМ 3.111.000 обеспечивает точность положения центра любого отверстия относительно центра базового реперного знака 0,05 мм на поле 560560 мм при производительности 60 шт. /ч.

Процесс прессования является одним из важнейших в производстве МПП, так как от качества его выполнения зависят электрические и механические характеристики готовых МПП. На качество прессования существенно влияют: подготовка поверхностей прессуемых заготовок перед прессованием, текучесть смолы и время ее полимеризации, а также прочность сцепления медной фольги с диэлектрическим основанием. Монолитность структуры и точность совмещения ее элементов обеспечиваются качеством прокладочной стеклоткани, тщательностью подготовки слоев, совершенством технологической оснастки (например, параллельностью плит пресса) и строгим поддержанием режимов прессования (например, удельного давления, температуры и времени прессования). Прокладочная стеклоткань, которая поступает на сборку пакетов МПП, должна содержать 45…52% термореактивной эпоксидной смолы (с отвердителем), находящейся в состоянии не полной полимеризации. При поступлении нового материала проводятся опытные запрессовки на технологических платах и контроль их качества при термических испытаниях (с нагревом до 120 и выдерживанием в течение 1 ч.; затем следует термоудар при температуре 260 в течение 10 с).

Прессование МПП проводят в специальной пресс-форме (с плоскопараллельными плитами), обеспечивающий точное совмещение и фиксацию слоев с помощью направляющих штырей, расположенных по углам, и через каждые 100…150 мм по периметру плиты. Для равномерного прогрева прессуемого пакета и выравнивания его по толщине с двух сторон пресс-формы закладываются выравнивающие подушки. Температурный режим прессования платы (кривая 1 на рис. 4) предусматривает нагрев пакета до тем - пературы 150…180, удаление летучих компонентов смолы по мере ее расплавления и смачивания слоев пакета (участок, ), переход смолы в состояние желатинизации (), полимеризацию и затвердевание смолы (участок ), охлаждение пакета до 30…40 (участок ). С температурой тесно взаимосвязано давление. При нагреве пакета для обеспечения теплопередачи необходимо предварительное его сжатие и плотное прилегание пресс-формы к плитам пресса. Для этого устанавливают первоначальное давление (100…300 кПа), которое также препятствует удалению летучих компонентов смолы из прокладочной стеклоткани. Высокое давление прессования должно быть создано до начала затвердевания смолы в момент желатинизации (точка c₁ на участке (см. рис. 4.)), когда смола перестает течь и вязкость ее возрастает. Приложение высокого давления (1…4 МПа) до момента желатинизации (точка на рис. 4.) приводит к выдавливанию большого количества жидкой смолы и ухудшению сцепления слоев. Приложение давления после момента желатинизации (точка на рис. 4.) вызывает дробление смолы, перешедшей в твердое состояние, и образование пустот, также ухудшающих связь между слоями. Для объективного контроля момента желатинизации измеряют объемное сопротивление изоляции склеивающих прокладок. Анализ показывает, что под воздействием температуры, по мере разжижения связующего вещества, объемное сопротивление резко падает (кривая 3 на рис. 4.), достигая минимального значения в момент начала желатинизации, а затем по мере отверждения связующего вещества увеличивается. Регистрация объемного сопротивления

Рис. 4 Характер временного изменения температуры (1), давления (2) и объемного электрического сопротивления смолы (3) при прессовании МПП.

проводится датчиками, которые изготавливаются на технологических полях заготовок (селективным травлением фольги). При сборке пакета, заготовки располагают таким образом, чтобы электроды датчиков были обращены друг к другу, а между ними помещалась склеивающая прокладка. Использование датчиков контроля объемного сопротивления изоляции склеивающих прокладок создает возможности для автоматизации процесса прессования. Определение требуемого давления P производится по специально разрабатываемым номограммам в зависимости от содержания смолы и других исходных характеристик прокладочной стеклоткани. Время прессования при повышенном давлении обычно устанавливают в интервале 10…12 мин на 1 мм толщины пакета, но не менее 40 мин.

Для прессования пакета применяют специализированные многоярусные гидравлические прессы, оборудованные системами нагрева и охлаждения плит, устройствами для регулирования и поддержания технологических режимов. Прессы обеспечивают плоскостность и параллельность плит в пределах 0,1 мм время нагрева плит до рабочей температуры 20 мин, точность поддержания на их плоскости температуры 3 и давления 3%.

Для повышения производительности прессования в настоящее время выпускаются автоматические линии (например, модель S75 MRT-372C-X-X-G фирмы Pasadena Hydraulies, США). При автоматическом прессовании по заданной программе пресс-формы с обрабатываемыми пакетами перемещаются из позиции загрузки в нагретые плиты гидравлического пресса с помощью пневматического автооператора. Плиты сжимают пакеты в пресс-формах при низком давлении в течение заданного времени, и затем автоматически переключаются на высокое давление. В позицию загрузки автоматически устанавливается следующая партия пресс-форм. После выдержки заданного времени полимеризации связующей смолы в пакетах, горячие и холодные плиты размыкаются и автооператор перемещает прошедшие стадию полимеризации пакеты из горячих плит пресса в холодные для их остывания при заданном давлении. Одновременно на позицию прессования подается следующая пресс-форма из позиции загрузки и цикл повторяется.

Широкое использование систем автоматизированного проектирования, разработка и освоение новых технологий и оборудования для производства МПП, накопленный опыт по механизации и автоматизации отдельных технологических операций позволяют перейти к созданию компьютерно-интегрированных производств на базе гибких автоматизированных систем (ГПС), способных автоматически, без участия человека, определять и поддерживать оптимальный режим изготовления ПП и МПП. Организация ГПС начинается с создания проекта перепрограммируемого производства на уровне завода или цеха, в котором отражается специализация участков, выбор систем управления, вычислительной техники и программного обеспечения; затем создания единых транспортно-накопительных потоков и т.п., а внедрение проводится поэтапно - по модулям, линиям, участкам.

Типовая структура ГПС предусматривает использование базовых технологий изготовления ПП и МПП; автоматизированного специального технологического оснащения (СТО) (т.е. основного технологического комплекса); процесса изготовления плат; средств их автоматического перемещения по рабочим позициям (то есть комплекса транспортных СТО), а также вспомогательных СТО, например для смены инструмента, очистки приспособлений, контроля состояния ГПС и др. Диспетчеризация грузопотоков в пределах комплекса производится с помощью управляющей ЭВМ. В частности, основной технологический комплекс СТО обеспечивает оптимальный раскрой листового материала на заготовки с минимизацией отходов (при помощи ЭВМ, которая выполняет эту процедуру на основе анализа размеров листа), конструкторских параметров ПП и МПП и программ выпуска каждого изделия. Полученные заготовки хранятся в стеллажах-штабелерах и в определенные промежутки времени подаются на вход автоматической линии, реализующей конкретный этап выбранной технологии. Завершают процесс изготовления ПП и МПП чистовая обработка контура плат, автоматизированный контроль качества, испытания и консервация готовых плат.

Каждая единица СТО, входящего в состав основного технологического комплекса, должна удовлетворять требования, вытекающие из необходимости выполнения в автоматическом цикле всей совокупности технологических операций, в частности: содержать встроенную систему контроля и регулирования технологических параметров, обеспечивающую качественное выполнение технологической операции; сигнализировать в управляющую ЭВМ о готовности оборудования (т.е. нахождении всех определяющих технологических параметров в пределах нормы) и об аварийных ситуациях; иметь местное и дистанционное управление от ЭВМ; выдавать кодированную информацию в управляющую ЭВМ о количестве изделий, прошедших конкретную стадию (или этап) изготовления, и скорости движения транспортных средств; позволять оперативно менять внутреннюю программу работы и др.

Испытания и приемочный контроль завершают процесс изготовления МПП (и ПП) и позволяют в условиях климатических, электрических и других воздействий оценить соответствие плат техническим требованиям, предъявляемым к аппаратуре, и установить скрытые дефекты. В условиях производства осуществляют обычно приемосдаточные, периодические и типовые испытания плат.

Приемосдаточные испытания проводятся партиями не более 1000…1200 шт., изготовленными по одной конструкторской и технологической документации, и включают: стопроцентный контроль габаритных и установочных размеров, внешнего вида диэлектрического основания и проводящего рисунка на соответствие конструкторской документации, величины изгиба и скручивания, правильности разводки коммутации по отсутствию обрывов и коротких замыканий; выборочную проверку (3% от партии, но не менее 3 шт.) сопротивления изоляции в нормальных климатических условиях при ручном контроле и стопроцентную проверку при автоматизированном; выборочный контроль (1…2 платы от ежедневной выработки) толщины металлизации в отверстиях; выборочную проверку (3% от партии, но не менее 3 шт.) паяемости контактных площадок и металлизированных отверстий, а также их устойчивости к перепайкам.

Периодические испытания ПП и МПП проводятся с целью подтверждения их эксплуатационных характеристик, правильности выполнения технологического процесса и соответствия конструкторской документации не реже одного раза в шесть месяцев. Для контроля случайным образом выбираются платы, прошедшие приемосдаточные испытания в количестве: 5 плат при опытном мелкосерийном производстве и 10 плат при серийном производстве. В объем испытаний входят: многократные изгибы ГПП и ГПК (ГПП должны выдерживать 5-кратный цикл изгибов радиусом 100,5 мм, а ГПК 150-кратный цикл изгибов радиусом 30,5 мм на в обе стороны от исходного положения); перепайки в (5…10) отверстиях и на (5…10) контактных площадках; проверка паяемости (на 1…2 платах); проверка омического сопротивления металлизированных отверстий (3 шт.) и их устойчивости к кратковременной токовой перегрузке; проверка в нормальных климатических условиях целостности электрических цепей и сопротивления изоляции (не менее чем на 5 парах проводников, в том числе цепей питания); контроль внешнего вида, целостности межслойных соединений и сопротивления изоляции после воздействия климатических факторов устанавливаемых в зависимости от группы жесткости испытаний по соответствующему стандарту.

Типовые испытания проводятся для определения эффективности внесенных изменений в конструкцию и технологию ПП и МПП. Программы испытаний составляются предприятием, изготавливающим платы, и согласовываются с их разработчиком.

Контрольные вопросы к лекции

1. Чем объясняется постоянный рост спроса на МПП для ЭУ разного назначения?

2. Перечислите и поясните преимущества использования МПП в ЭВС.

3. Каковы особенности технологии изготовления МПП в отличие от обычных ПП?

4. Из каких соображений выбирают технологию изготовления МПП? Аргументируйте Ваш ответ.

5. Охарактеризуйте основные конструкторско-технологические варианты реализации МПП, получаемые по пакетной технологии.

6. Дайте общую характеристику конструкторско-технологических вариантов МПП, получаемых по технологии послойного наращивания (в том числе с учетом данных табл. 1).

7. Какие методы формирования межслойной коммутации известны в производстве МПП и каковы особенности их реализации?

8. Изобразите структуру конструкторско-технологических вариантов МПП, для группы 1, а…г рис. 2 с учетом сведений рис. 1 и табл. 1.

9. Изобразите структуру конструкторско-технологических вариантов для группы 1, д…ж рис. 2 с учетом сведений рис. 1 и табл. 1.

10. Изобразите структуру конструкторско-технологических вариантов для группы 2, в, г рис. 2 с учетом сведений рис. 1 и табл. 1.

11. Укажите отличия в изготовлении и структурах пакетных МПП на керамике и на полиимидной пленке с учетом сведений рис. 1 и 3, а также табл. 1 и 2.

12. Назовите основные технологические этапы изготовления пакетных МПП с металлизацией сквозных отверстий, пояснив назначение и средства реализации наиболее важных операций.

13. Каковы особенности реализации процесса прессования пакетов в производстве МПП? Из каких соображений выбирают технологические режимы процесса прессования?

14. Почему в производстве МПП усложняется технология подготовки отверстий перед их металлизацией? Какие технологии подготовки Вам известны?

15. Укажите функции ГПС в производстве ПП и МПП и охарактеризуйте в общих чертах их состав и возможности.

16. Каково назначение испытаний в производстве ПП и МПП? Назовите виды испытаний и кратко поясните, как они осуществляются.

Размещено на Allbest.ru