9.2. Материалы для изготовления опп, дпп и мпп

В качестве материала основания ПП применяются слоистые диэлек­трики, с одной или двух сторон фольгированные медной фольгой, или нефольгированные диэлектрики.

К фольгированным и нефольгированным диэлектрикам предъявляются следующие требования:

• высокие поверхностное, Ом, и удельное объемное сопротивление, Ом • м, характеризующие величину тока утечки;

• высокая электрическая прочность изоляции, определяемая напряже­нием постоянного тока, при котором происходит пробой;

• низкие значения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь — для передачи высокочастотных сигналов и снижения тепловыделения, обусловленного диэлектрическими по­терями;

• стабильность электрических характеристик при повышенной влаж­ности и температуре;

• высокая механическая прочность: предел прочности при растяже­нии, при изгибе, которые зависят от типа используемой смолы и снижаются при повышении температуры;

• стабильность линейных размеров по осям X, Y и Z и при повышенной температуре, зависящая от температуры стеклования , теплоустой­чивости и теплопроводности базового материала. Требование высо­кой температуры стеклования (до 290 °С в перспективе, рассчи­танная на рабочую температуру до 280 °С) связано с тем, что при на­греве, например, при пайке, происходит значительное расширение стеклопластиков, эпоксидной смолы и других полимеров по оси Z, интенсивность которого особенно возрастает при превышении тем­пературы стеклования данного материала, что может привести к рас­слаиванию диэлектрика и разрыву металлизации в отверстиях ПП, так как металл имеет малое расширение по оси Z. Поэтому при вы­сокой температуре стеклования процесс расширения материала ПП сдвигается в область более высоких температур, желательно, пре­вышающих температуру пайки;

• высокая теплоустойчивость, которая зависит от типа наполнителя и состава смолы. Данное требование связано с тем, что

1) необходима повышенная устойчивость к воздействию теплового удара, например, при пайке ЭРИ и ПМК к ПП, при котором температура пайки достигает значений деструкции диэлектрика, и может происходить выход газов, порообразование, коробление и пр.;

2) в результате воздействия высоких температур в процессе сверления отверстий возможен разогрев диэлектрика, вытекание и наво­лакивание смолы на стенки отверстий, препятствующее металлизации отверстий в дальнейшем;

3) высокая рабочая температура может привести к расслоению стеклоткани, отслаиванию фольги, образованию пузырей под фольгой ;

• хорошая механическая обрабатываемость при резке, фрезеровании, зачистке, сверлении и других операциях без образования сколов, тре­щин и расслоения диэлектрика;

• устойчивость к агрессивным средам (кислотам, щелочам, растворите­лям и пр.) в ТП изготовления ПП;

• хорошая прочность сцепления (адгезия) фольги с диэлектриком, ко­торая зависит от материала фольги, способа ее получения (прокатка или электролитическое осаждение), состояния поверхности, темпе­ратуры и времени выдержки при повышенной температуре и пр.;

• негорючесть — требование международных стандартов - применение в ЭА только самозатухающих фольгированных диэлектриков;

• низкое водопоглощение для исключения расслоения диэлектрика особенно при нагреве;

• низкое значение ТКЛР, совместимое с ТКЛР выводов и корпусов ЭРИ; в случае, если ТКЛР диэлектрика значительно больше ТКЛР выводов и корпусов ЭРИ или ПМК, возникают значительные напря­жения в местах пайки вследствие большого расширения диэлектрика основания ПП по осям X, Y и малого расширения по тем же осям подложки ЭРИ;

• плоскостность (особенно необходимая для установки ПМК);

• низкая стоимость и др.

Фольгированные диэлектрики применяют в субтрактивных методах из­готовления ПП, нефольгированные — в аддитивном и полуаддитивном.

Фольгированные диэлектрики, применяемые в качестве основания ПП в субтрактивных методах, являются композиционными материалами и со­стоят из армирующего наполнителя, синтетического связующего вещества и медной, алюминиевой или резистивной фольги. Наиболее широко в на­стоящее время применяются гетинакс, стеклотекстолит, полиимид и др.

Гетинакс фольгированный состоит из спрессованных слоев электроизо­ляционной бумаги (армирующего наполнителя), пропитанных фенольной или эпоксифенольной смолой в качестве связующего вещества, облицо­ванных с одной или двух сторон медной фольгой (например, запись ГФ-1 или ГФ-2 обозначает гетинакс фольгированный односторонний или двух­сторонний).

Стеклотекстолит фольгированный представляет собой спрессованные слои стеклоткани, пропитанные эпоксифенольной или эпоксидной смолой (например, запись СФ-1 или СФ-2 обозначает стеклотекстолит фольгиро­ванный односторонний или двухсторонний, соответственно).

Большое значение при изготовлении ПП имеет процентное соотноше­ние между стекловолокном и смолой в диэлектрике, так как оно влияет на качество выполнения целого ряда операций, например, таких как:

• сверление монтажных и переходных отверстий — чем больше стекло­волокна (абразива), тем быстрее изнашивается сверло;

• подтравливание диэлектрика в отверстиях МПП — чем больше смо­лы, тем легче подтравливать;

• прессование МПП, так как выбор режимов прессования (давление и время его приложения) зависят от времени желатинизации смолы (определяется экспериментально для каждой партии материала);

• металлизация монтажных или переходных отверстий — чем больше стекловолокна, тем больше торцов стекловолокна выходит в отвер­стия ПП, поверхность которых достаточно сложно подготовить химическим способом перед химическим осаждением меди в отверстия и, в результате могут появиться непрокрытые медью участки, что приводит к разрыву металлизации и электрических цепей.

По сравнению с гетинаксами стеклотекстолиты имеют лучшие механи­ческие и электрические характеристики, более высокую нагревостоикость, меньшее влагопоглощение. Однако им присущ целый ряд недостатков: не­высокая нагревостоикость по сравнению с полиимидами, что способствует загрязнению смолой торцов контактных площадок (КП) внутренних слоев при сверлении отверстий; худшая механическая обрабатываемость; более высокая стоимость; существенное различие (примерно в 10 раз) ТКЛР меди и стеклотекстолита в направлении толщины материала может привести к разрыву металлизации в отверстиях при пайке или в процессе эксплуатации; различие в ТКЛР эпоксидной смолы и стекла примерно в 20 раз, что может привести к значительным внутренним напряжениям, к короблению ПП и усадке в зоне сверления отверстий.

Для изготовления ПП, обеспечивающих надежную передачу наносекундных импульсов, необходимо применять материалы с улучшенны­ми диэлектрическими свойствами (уменьшенным значением диэлектриче­ской проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь), что непо­средственно связано с увеличением быстродействия, поскольку скорость распространения сигналов в проводниках обратно пропорциональна ди­электрической проницаемости материалов, из которых изготовлены осно­вания ПП.

При выборе материала основания ПП необходимо обратить внимание на предполагаемые механические воздействия (вибрации, удары, линейное ускорение и т. п.); класс точности ПП (ширину проводников расстояние между ними); реализуемые электрические функции и требования к элек­трическим параметрам; объект, на который устанавливается ЭА и условия эксплуатации; быстродействие; стоимость и пр.

В наименовании марки материала буквы означают: С — стеклотексто­лит; Т — теплостойкий; Н — негорючий или нормированной горючести; Ф — фольгированный; 1—2 — облицованный фольгой с одной или двух сторон; цифры 5, 9, 12, 18, 35, 50, 70, 100, 105 — толщину фольги в мкм.

В табл. 9.2.1, 9.2.2 представлены марки материалов основания ПП, наибо­лее широко применяемые в настоящее время для изготовления ОПП, ДПП, МПП.

Для изготовления ПП, эксплуатируемых в условиях повышенной опас­ности возгорания, применяют огнестойкие гетинаксы и стеклотекстолиты марок ГОВ, ГОФВ, СОНФ, СТНФ.

Фольгированные стеклотекстолиты марок СТФ, СТФТ, СТАП и СТПА-5 обладают повышенной теплостойкостью, а СТАП и СТПА-5 при­меняют для изготовления ПП с повышенной плотностью печатного монта­жа по полуаддитивной технологии. В комплекте с материалами СТФ и СТАП применяют прокладочные стеклоткани (препреги) марок СТП-4 и СТП-СТАП.

Фольгированные стеклотекстолиты марок СТНФ, СОНФ, и СОНФ-у по классу горючести относятся к типу FR-4 по стандарту V-0 UL94. В ком­плекте с СОНФ-у поставляют препрег СТП-СОНФ-у.

Таблица 9.2.1.