ББК 32.843 Адрес издательства в Интернет WWW.TECHBOOK.RU Научное издание Мылов Геннадий Васильевич ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ: ВЫБОР БАЗОВЫХ МАТЕРИАЛОВ Монография Компьютерная верстка Ю. Н. Чернышова Обложка художника О. В. Карповой Подписано в печать 26.01.2015. <...> Особенности российского производства печатных плат Промышленное освоение новых технологических принципов обходится слишком дорого, чтобы перестраивать под них производство без тщательного анализа и предварительного опробования. <...> 1.1 Параметр Характеристики рисунка А Ширина проводника на внешнем слое В Зазор на внешней поверхности С Ширина проводника на внутреннем слое D Зазор на внутреннем слое H Диаметр сверлениясквозного отверстия I Контактные площадки сквозного отверстия Отношение толщины платы к диаметру сквозного сверления Е Диаметр глухого отверстия F Контактнаяплощадка основания глухого отверстия G Контактнаяплощадка входа глухого отверстия J Отношение глубины к диаметру глухого отверстия K Диаметр верхнего глухого отверстия L Диаметр нижнего глухого отверстия Р Контактнаяплощадка верхнего глухого отверстия М Глубина металлизированного слепого отверстия N Диаметр сверленияслепого отверстия О Контактные площадки слепого отверстия 0,11 0,12 0,11 0,11 Характеристики сквозных отверстий 0,25 0,55 10 Характеристики глухих отверстий 0,15 0,35 0,4 =1 0,175 0,1 0,375 Характеристики слепых отверстий 0,2 0,25 0,55 0,08 0,1 0,08 0,1 0,2 0,5 14 0,085 0,25 0,30 =1 0,15 0,075 0,325 0,15 0,2 0,5 0,06 0,065 0,05 0,07 0,15 0,4 18 0,045 0,06 0,10 =1 0,075 0,035 0,25 0,1 0,2 0,4 основных фондов, объем прямых издержек, увеличивается временной цикл производства. <...> Если учесть, что один проект <...>
Печатные_платы_выбор_базовых_материалов_(1).pdf
УДК 621.3.049.75.002.72
ББК 32.843
М94
Реце нз ен т : доктор техн. наук, профессор А. М. Медведев
Мылов Г.В.
М94
Печатные платы: выбор базовых материалов. – М.: Горячая
линия – Телеком, 2016. – 172 с.: ил.
ISBN 978-5-9912-0486-6.
Систематизирована обширная информация об основных материалах
и компонентах, используемых при изготовлении печатных
плат различного типа. Изложены методологические основы применения
и испытаний базовых материалов печатных плат. Рассмотрены
вопросы технологичности материалов в производстве печатных
плат и сборок. Представлена концепция обеспечения надежности
входного контроля поступающих в производство материалов и
комплектующих. Даны практические методики входного контроля
компонентов.
Для специалистов, будет полезна аспирантам и студентам.
ББК 32.843
Адрес издательства в Интернет WWW.TECHBOOK.RU
Научное издание
Мылов Геннадий Васильевич
ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ: ВЫБОР БАЗОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Монография
Компьютерная верстка Ю. Н. Чернышова
Обложка художника О. В. Карповой
Подписано в печать 26.01.2015. Формат 60×88/16. Уч. изд. л. 10,75.
Тираж 500 экз. (2-й завод 100 экз.)
ООО «Научно-техническое издательство «Горячая линия – Телеком»
ISBN 978-5-9912-0486-6
© Г. В. Мылов, 2015, 2016
© НТИ «Горячая линия – Телеком», 2016
Стр.2
Оглавление
. .. ......... .......... .......... .......... ...
...
3
5
1.1. Особенности российского производства печатных плат 5
1.1.1. Первый ряд преимуществ ... ........ ....... ........ ...
1.1.2. Второй ряд преимуществ .... ........ ........ ....... ..
1.2. Обоснование организации собственного производства
1.3. Строительство собственного производства .... .......
5
6
7
8
1.4. Правила взаимоотношений заказчика и производителя
......... .......... .......... .......... ......... ........ 11
1.4.1. P-CAD или GERBER ..... ........ ........ ....... ..... 12
1.4.2. Универсальность .... ........ ....... ........ ....... .... 12
1.4.3. Ответственность . ........ ....... ........ ........ ....... 12
1.4.4. Безопасность ..... ........ ....... ........ ....... ....... 12
1.4.5. Свобода действий ...... ........ ....... ........ ....... . 13
1.4.6. Рекомендации по конструированию печатных плат
применительно к автоматизированной сборке . ..... ........ . 13
1.4.7. Оформление конструкторской документации . ........ 18
-
. .......... .......... .......... ......... . 21
2.1. Общие понятия и технические характеристики базовых
материалов ... .......... ......... .......... ...... 21
2.2. Свойства, используемые для классификации базовых
материалов .......... ......... .......... .......... .... 29
2.2.1. Температура стеклования Tg ....... ....... ........ .... 29
2.2.2. Температура разложения Td ... ....... ........ ........ . 32
2.3. Материалы типа FR-4 .... .......... .......... ........ 34
2.3.1. Многоликий FR-4 ..... ........ ........ ....... ........ . 34
2.3.2. Долговечность FR-4 ... ........ ....... ........ ....... . 34
2.4. Идентификация композиционных материалов . ...... 35
2.5. Идентификации препрегов по IPC-4101 ........ ...... 39
2.6. Процессы изготовления фольгированных диэлектриков
и препрегов .... .......... ......... .......... ...... 40
2.6.1. Традиционный процесс изготовления фольгированных
диэлектриков ...... ....... ........ ........ ....... ........ ... 41
Стр.171
172
Оглавление
2.6.2. Изготовление препрега ... ....... ........ ....... ....... 41
2.6.3. Изготовление фольгированных диэлектриков ..... ... 43
2.6.4. Прямой нагрев током непрерывной ленты фольги ... 44
2.6.5. Непрерывный процесс изготовления . ....... ........ .. 45
2.7. Фольги ..... .......... .......... ......... .......... ... 46
2.7.1. Электролитическая фольга(ED foil — electrodeposited
copper foil) . ..... ....... ........ ........ ....... ........ ....... 46
2.7.2. Шероховатость ... ....... ........ ........ ....... ....... 48
2.7.3. Покрытия, создающие термический барьер ..... ...... 49
2.7.4. Фольга с обработкой со стороны барабана (DSTF) или
фольга с обработанной обратной стороной (RTF) ....... .... 51
2.7.5. Катаная отожженная медная фольга . ........ ....... . 51
2.7.6. Чистота и удельное сопротивление медной фольги ... 52
2.7.7. Пассивационные и антиоксидантные покрытия .. ..... 52
2.7.8. Аппретирование .... ........ ....... ........ ....... .... 53
2.8. Другие типы фольг ....... .......... .......... ....... 53
2.8.1. Фольга с двусторонней обработкой (DTF — DoubleTreated
Copper Foil) ....... ........ ....... ........ ....... .... 53
2.8.2. Тонкомерная фольга .. ........ ....... ........ ........ . 53
2.8.3. Резистивные фольги ....... ........ ........ ....... .... 54
2.8.4. Фольги из других металлов ........ ....... ........ .... 54
2.9. Связующие .... .......... .......... .......... ......... 55
2.10. Температурные фазовые переходы в полимерах .... . 55
2.11. Эпоксидные смолы . .......... .......... .......... .... 56
2.12. Другие связующие .... .......... .......... .......... .. 58
2.12.1. Эпоксидные композиции .... ....... ........ ........ .. 58
2.12.2. Бисмалеимид триазин (BT – Bismaleimide Triazine) .. 58
2.12.3. Цианатный полиэфир .. ....... ........ ........ ....... 58
2.12.4. Полиимиды ........ ........ ....... ........ ....... .... 59
2.12.5. Полибензимидазолы и полибензоксазолы .... ....... 60
2.12.6. Полисульфоны ........ ........ ....... ........ ....... . 60
2.12.7. Сложные полиэфиры .. ........ ....... ........ ....... 60
2.12.8. Ненасыщенные олигоэфиры (полиэфиры) .. ....... .. 61
2.12.9. Простые полиэфиры .. ........ ....... ........ ........ 61
2.12.10. Политетрафторэтилен ... ........ ....... ........ .... 61
2.12.11. Фенолоальдегидные смолы ... ........ ........ ...... 62
2.13. Добавки ... .......... .......... .......... .......... ... 62
2.13.1. Отвердители и ускорители отверждения ..... ....... 63
2.13.2. Ингибиторы горения .... ........ ....... ........ ...... 63
2.13.3. Механизм ингибирования горения .... ........ ....... 63
2.13.4. Системы, не содержащие галогенов ..... ........ ..... 65
Стр.172
Оглавление
173
2.14. УФ блокаторы и флуоресцирующие добавки ......... 66
2.15. Армирующие наполнители композиционных материалов
... .......... .......... .......... .......... ..... 67
2.16. Составы электротехнических стекол ....... .......... 67
2.17. Стеклянные волокна ....... .......... .......... ...... 68
2.18. Номенклатура пряж .... ......... .......... .......... . 69
2.18.1. Система U.S. ... ........ ....... ........ ....... ........ 69
2.18.2. Система TEX/Metric ....... ....... ........ ........ ... 70
2.19. Стеклянные ткани .... .......... .......... .......... .. 70
2.20. Другие накопители ........ ......... .......... ........ 72
2.20.1. Стеклянный шпон ...... ....... ........ ........ ...... 72
2.20.2. Арамидные волокна .... ........ ....... ........ ...... 72
2.20.3. Ортогонально ориентированные волокна стекловолокна
.... ....... ........ ....... ........ ........ ....... ....... 73
2.20.4. Бумага ....... ....... ........ ....... ........ ........ .. 73
2.20.5. Микропористый тефлон (PTFE) ........ ........ ..... 73
2.20.6. Неармирующие наполнители ....... ....... ........ .. 74
2.21. Распространенные типы фольгированных материалов 74
2.21.1. Гетинакс (ГФ) .... ........ ....... ........ ........ .... 74
2.21.2. Эпоксидный гетинакс ....... ....... ........ ........ .. 74
2.21.3. Эпоксидный стеклотекстолит (СФ, G-10) ...... ..... 74
2.21.4. Нагревостойкий эпоксидный стеклотекстолит (СФН). 75
2.21.5. Нагревостойкие огнестойкие эпоксидные стеклотекстолиты
(FR) ........ ....... ........ ........ ....... ........ .. 75
2.21.6. Полиэфирные текстолиты . ........ ....... ........ ... 75
2.21.7. Полиимид и цианатный полиэфир армированные нагревостойкими
тканями ....... ........ ....... ........ ....... 76
2.21.8. Комбинации материалов .... ........ ........ ....... .. 76
2.21.9. Склеивающие материалы (препреги) . ........ ....... 77
2.22. Свойства фольгированных материалов ... ......... ... 78
2.22.1. Физико-механические свойства . ....... ........ ...... 78
2.22.2. Прочность сцепления фольги с диэлектриком ...... 86
2.22.3. Электрические характеристики .... ........ ........ .. 89
2.22.4. Размерная стабильность тонких фольгированных
стеклотекстолитов .. ........ ....... ........ ........ ....... .. 98
.... .......... ......... .......... .......... . 106
3.1. Востребованные характеристики материалов для ГП и
ГПЖ ...... ......... .......... .......... .......... .... 106
3.1.1. Стабильность размеров ....... ........ ........ ....... . 106
3.1.2. Термостойкость ........ ........ ....... ........ ....... . 107
3.1.3. Сопротивление разрыву ........ ....... ........ ....... 107
Стр.173
174
Оглавление
3.1.4. Электрические характеристики ....... ....... ........ . 107
3.1.5. Гибкость . ........ ....... ........ ........ ....... ....... 107
3.1.6. Низкое влагопоглощение ...... ........ ....... ........ . 107
3.1.7. Стойкость к химическим воздействиям . ........ ...... 107
3.1.8. Повторяемость характеристик от партии к партии .. . 108
3.1.9. Несколько поставщиков ... ....... ........ ....... ...... 108
3.1.10. Низкая стоимость .. ........ ........ ....... ........ ... 108
3.2. Основные элементы структуры материалов для ГП и
ГЖП ...... ......... .......... .......... .......... .... 108
3.2.1. Материал основания ГП .. ........ ........ ....... ..... 109
3.2.2. Металлическая фольга ........ ........ ....... ........ 109
3.2.3. Фольгированные диэлектрики ..... ....... ........ .... 109
3.2.4. Адгезивная пленка ...... ....... ........ ........ ....... 110
3.2.5. Покровные слои .. ........ ........ ....... ........ ...... 110
3.2.6. Фотопроявляемые покровные слои . ........ ....... ... 110
3.2.7. Защитные покрытия ........ ....... ........ ....... .... 111
3.2.8. Соединительные слои .... ........ ........ ....... ...... 111
3.2.9. Литьевые адгезивные пленки ..... ........ ....... ..... 111
3.2.10. Липкие пленки 1 . ........ ....... ........ ........ ..... 111
3.2.11. Материалы жестких конструкций ГЖП . ........ .... 112
3.3. Характеристики материалов ГП фирмы Hitachi ...... 112
-
...... .......... .......... ... 118
4.1. Учет процесса производства печатных плат ......... . 120
4.2. Способность к поглощению влаги. ....... .......... ... 120
4.3. Конструкция печатной платы и коэффициент термического
расширения ......... .......... .......... ..... 121
4.4. Состояние слоев перед прессованием диэлектрика ... 123
4.5. Прессование диэлектрика ....... .......... .......... . 124
4.6. Сверление отверстий ..... .......... .......... ........ 125
4.7. Очистка отверстий .... .......... .......... .......... . 125
4.8. Финишные покрытия ...... .......... .......... ....... 126
4.9. Соображения по пайке печатных плат .......... ..... 126
-
129
5.1. Новые проблемы ..... .......... .......... .......... .. 130
5.1.1. Относительно диэлектриков ... ....... ........ ....... . 130
5.1.2. Относительно надежности печатных плат ... ........ . 130
5.1.3. Относительно характеристик качества печатных плат 131
5.2. Новые стандарты ....... .......... .......... .......... 131
5.3. Промышленные стандарты . .......... ......... ....... 132
Стр.174
Оглавление
175
5.3.1. IPC-TM-650 ....... ........ ........ ....... ........ ..... 132
5.3.2. Технические условия на базовые материалы по IPC .. 132
5.3.3. ASTM ....... ........ ........ ....... ........ ....... .... 133
5.3.4. NEMA ...... ....... ........ ....... ........ ........ ..... 133
5.3.5. Стандарты МЭК ... ........ ........ ....... ........ .... 133
5.4. Стратегии испытаний фольгированных диэлектриков 134
5.4.1. Процесс первоначальной оценки материала ..... ..... 134
5.4.2. Сравнение данных ... ........ ....... ........ ........ .. 135
5.4.3. Двухуровневая стратегия испытаний ........ ....... .. 136
5.5. Начальные испытания (первый этап) ..... .......... .. 137
5.5.1. Внешний вид поверхности .... ........ ........ ....... . 137
5.5.2. Прочность медной фольги на отрыв ... ....... ........ 138
5.5.3. Термоудар припоем. ... ........ ....... ........ ........ . 138
5.5.4. Температура стеклования .... ........ ........ ....... .. 139
5.5.5. Температура термодеструкции .. ........ ........ ...... 139
5.6. Полная оценка материала ......... .......... ......... 140
5.6.1. Механические испытания ...... ........ ....... ........ 140
5.7. Термомеханические испытания .. .......... .......... . 142
5.7.1. Температура стеклования ... ....... ........ ........ ... 142
5.7.2. Коэффициент температурного расширения (КТР) ... 146
5.8. Электрические характеристики ........ .......... .... 148
5.8.1. Относительная диэлектрическая проницаемость εr
(диэлектрическая постоянная Dc) и тангенс угла потерь tg δ
(коэффициент потерь Df ) ... ....... ........ ....... ........ .. 148
5.8.2. Удельные поверхностное и объемное сопротивления .. 149
5.8.3. Пробой диэлектрика ........ ....... ........ ........ ... 149
5.9. Другие свойства диэлектриков........ ......... ....... 149
5.9.1. Горючесть ... ........ ........ ....... ........ ........ ... 150
5.9.2. Водопоглощение ... ........ ....... ........ ........ .... 150
5.10. Дополнительные испытания .......... .......... ...... 151
-
-
.... .......... ......... .... 152
6.1. Использованные понятия о входном качестве ........ 152
6.2. Назначение и сущность входного контроля ....... ... 153
6.3. Надежность входного контроля ......... .......... ... 155
6.4. Стоимость входного контроля ........ ......... ....... 158
6.4.1. Отсутствие входного контроля .. ....... ........ ...... 158
6.4.2. Стопроцентный контроль ...... ........ ....... ........ 159
6.4.3. Выборочный контроль . ........ ........ ....... ........ 159
6.4.4. Графическое выражение стоимости контроля ....... . 159
Стр.175
176
Оглавление
6.4.5. Отсутствие входного контроля и стопроцентный контроль
.. ....... ........ ........ ....... ........ ....... ........ . 161
6.4.6. Отсутствие входного контроля и выборочный контроль 161
6.4.7. Стопроцентный контроль и выборочный контроль ... 162
6.5. Оптимальная стратегия входного контроля ...... .... 162
Литература. ......... .......... .......... .......... .... 164
Приложение ....... .......... ......... .......... ...... 167
Стр.176