Перспективные конструкторско-технологические разработки мкп

МКП с применением металлических подложек особенно перспективны для мощных ЭВС. Спецификой их изготовления является использование высокотемпературного (500 - 1000 ºС) вжигания в подложку паст на основе стекол, эмалей и других материалов. Особенностями МКП на эмалированных металлических подложках являются их относительная простота и дешевизна, повышенная теплопроводность, механическая прочность и ограничения по быстродействию из-за повышенной паразитной связи проводников с металлическим основанием.

Пластмассовые подложки, применяемые для изготовления МКП, недостаточно термостойки, поэтому нанесенные на них толстопленочные элементы избирательно фиксируются (отверждаются или преобразуются) с помощью фотохимической, тонкопленочной или другой технологии при температурах не выше 600 ºС. Все чаще для формирования коммутации на таких подложках используются методы избирательного (например, сеткографического) нанесения паст, пленок, красок, покрытий, припоя и т. п. При формировании коммутации в сплошных слоях толстопленочных композиций перспективны методы отверждения топологических элементов потоками быстрых электронов, а также методы электронно-лучевой либо

лазерной литографии. Достоинством пластмассовых подложек является меньшее, чем у керамических, значение диэлектрической проницаемости ( = 2,5 - 5,6). Перспективно для многослойных КП на пластмассовых подложках также применение трафаретной печати с использованием электропроводящих чернил, изготовленных на эпоксидной, полиэфирной или акриловой основе с серебряным наполнителем. Такие чернила имеют отличную адгезию к большинству материалов и отверждаются при нормальной (комнатной) температуре.

Таблица 2.3

Параметры полимерных материалов, используемых в качестве оснований гибких плат

N п/п	Параметры	Полиимидная пленка марки ”Kaption”	Полиимидная пленка марки “ПМ-1”	Эпоксидно-полиэфирная пленка	Найлон	Полиэфир
1	Прочность на растяжение (x107) H/м2	17,5	15,0	4,0	8,0	16,0
2	Относительное удлинение при разрыве, %: при 293 К при 473 К	70 90	50 60	15 20	10 15	100 125
3	Температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР), (x10-5), град-1	2,0	2,0	1,5	6,0	1,6
4	Рабочая температура, К	620	620	420	390	370
5	Водопоглощение за 24 ч, %	2,9	3,0	1,5	5,0	0,7
6	Теплопроводность, Вт/(м∙К)	0,148	0,148	0,248	0,2	0,2-0,4

Окончание табл. 2.3

N п/п	Параметры	Полиимидная пленка марки ”Kaption”	Полиимидная пленка марки “ПМ-1”	Эпоксидно-полиэфирная пленка	Найлон	Полиэфир
7	Усадка	0,12 (при 423 К)	0,13 (при 423 К)	3-5 (при 423 К)	2-3 (при 393 К)	2,0 (при 370 К)
8	Диэлектрическая проницаемость на частоте 1 кГц	3,5	3,5	3,2	2,0	3,2
9	Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 1 кГц (х10-3)	3,0	3,0	7,0	10,0	30,0
10	Электрическая прочность (х106), В/см	2,7	1,5	0,3	0,12	0,2
11	Удельное электросопротив-ление при 20 ºС, (х1018), Ом·см	1,0	0,1	0,1	0,1	1,0

Изготовление МКП с применением сочетаний различных диэлектрических материалов (гетерослойных диэлектриков) способствует повышению эксплуатационной надежности изделий, смонтированных на таких платах. В этом случае решаются задачи по обеспечению эффективного теплоотвода; компенсации внутренних остаточных, напряжений в КП, связанных с температурными или другими воздействиями; физико-химической совместимости материалов КП и элементной базы; а также по выполнению специфических требований, например, схемотехники. Эффективно с этой целью сочетание полиимидных материалов с керамикой, кварцем и другими материалами. Металлизация таких плат осуществляется на основе тонко- или толстопленочной технологий. Для сочетаний таких материалов, как кварц-стеклоэпоксид или кевлар-стеклоэпоксид, используют полуаддитивную или аддитивную технологию при создании коммутации. Целесообразно также в сочетании с гетерослойной структурой диэлектрика в ряде случаев использовать прослойки (компенсационные слои) со структурой медь - инвар - медь (инвар, плакированный медью). Иногда, например, для лучшего теплоотвода компенсационный слой делают гофрированным, а для согласования сопрягаемых материалов ФЯ (с учетом монтируемых на ней компонентов) реализуют конструкцию МКП в виде чередующихся слоев волокнистого диэлектрического материала (либо полиимидного) со слоями инвара, плакированного медью.

МКП, полученные с использованием пакета из полиимидных плат со встроенным компенсационным слоем, выдерживают более 1000 термоциклов (циклических изменений температуры) без отказов, в то время как у КП на основе стеклоэпоксида наблюдалось 30 % отказов между 200 и 300 термоциклами.

Рельефные МКП, изготавливаемые на основе термопластичных материалов горячей штамповкой или литьем под давлением, по ряду показателей, например по стоимости, по электрофизическим характеристикам и др., могут конкурировать с МКП на основе стеклотекстолита (см. табл. 2.1). В сущности, это пластмассовые рельефные (или объемные трехмерные) КП, которые наряду с элементами коммутации (выполняемой в специальных канавках, выштампованных перед металлизацией в диэлектрическом основании т.е. в заготовке), могут содержать встроенные (на этапах изготовления платы) детали и узлы ЭУ (батареи питания, индикаторы, корпуса соединителей, элементы крепления и др.). Для формирования коммутирующих проводников используют приемы аддитивной и полуаддитивной технологии, а также переносную печать (разновидности офсетной печати) с последующим сошлифовыванием излишков проводящего слоя до выявления канавок. В качестве диэлектрических слоев применяют термопластичные (в том числе термоэластопласты) полимерные материалы. В зависимости от конструкции платы межслойные соединения могут выполняться с помощью сквозных отверстий либо через "окна" в диэлектрических слоях.

МКП, выполняемые с применением полимерной технологии, отличаются от прочих конструкторско-технологических разновидностей плат тем, что основание платы, коммутирующие элементы и монтаж встроенных навесных компонентов, а также необходимых узлов и деталей ЭВС выполняются в одном технологическом цикле с применением только полимерных материалов. В частности, коммутирующие элементы формируются с помощью клеевых проводящих полимерных композиций (например, на основе эпоксидной смолы с электропроводящим наполнителем либо с применением ненаполненных полимеров) методами трафаретной печати. Для осуществления межслойной коммутации "окна" в полимерном диэлектрике получают, например, после обработки его УФ - излучением. При изготовлении коммутирующих слоев осуществляется одновременно и монтаж встроенных (в специально созданных углублениях в диэлектрических слоях) компонентов, т. е. с применением проводящих клеевых материалов осуществляется электрическое и механическое соединение навесных компонентов с КП. В сущности, такие МКП можно рассматривать как гибридные интегральные функциональные устройства.

Преимущества использования для изготовления МКП полимерной технологии очевидны, так как она лишена недостатков не только традиционной технологии изготовления печатных плат, но и широко используемых методов монтажа навесных компонентов (пайки, микросварки и др.) на КП. Существенным недостатком освоенной полимерной технологии является несколько повышенное удельное сопротивление материалов (композиций), используемых для формирования элементов коммутации.