Технологічні параметри багатошарових друкованих плат та критерії їх вибору

Олександр Акулін

Для інженера-конструктора, який починає трасувати черговий проект багатошарової друкованої плати, ключовим є питання про вибір її технологічних параметрів. У разі коли можна взяти за основу попередні проекти в аналогічному конструктивному виконанні, особливих проблем не виникає — швидше за все, кількість шарів та інші параметри друкованої плати залишаться без змін. Це дозволить відділу постачання скористатися напрацьованими каналами замовлення друкованих плат, звертаючись до перевірених постачальників як термінового виготовлення зразків, так розміщення серійних замовлень.

Якщо складність друкованої плати істотно підвищується (збільшується кількість компонентів, ланцюгів, з'являються компоненти в складніших корпусах, особливо BGA з дрібнішим кроком), то висока ймовірність «не вміститися» у напрацьовані раніше норми. Це означає, що для успішного трасування може знадобитися:

збільшення кількості шарів;
зменшення ширини провідника та зазору;
зменшення розмірів перехідних отворів;
додавання «глухих» та прихованих отворів;
зміни інших параметрів друкованої плати.

У такій ситуації і розробник, і постачальник, та й керівник компанії, очевидно, відчувають невпевненість у тому, що проект із більш жорсткими нормами буде виконаний колишніми постачальниками друкованих плат так само надійно, як попередні замовлення. І це має серйозні підстави.

Незважаючи на те, що технологічні можливості як українських, так і зарубіжних постачальників друкованих плат зростають з кожним роком, розробнику слід обережно використовувати пропоновані ними «граничні параметри» у своїх розробках. Справа в тому, що ці параметри можуть бути застосовні тільки дляпевних умов, не всі з яких реалізуються в тому чи іншому проекті друкованої плати, при тому чи іншому обсязі та терміновості замовлення.

Розглянемо як типовий приклад таблицю параметрів, пропонованих своїм клієнтам компанією PCB technology (табл. 1). У цій таблиці основні параметри розведення та вибору конструкції плати зведені у три стовпці. У стовпці за назвою «Спрощений» - найдешевший варіант, при виборі більшості параметрів плати по цьому стовпцю розробник забезпечить максимальне зниження вартості як для замовлення зразків, так і для серійних замовлень. Поруч показаний стандартний набір параметрів - їх використання не викликає особливих труднощів при виробництві. Правий крайній стовпець містить значення, досягнення яких у принципі можливе, але пов'язане з певними складнощами та, відповідно, призведе до підвищення вартості та термінів виконання замовлення. Компанія рекомендує своїм клієнтам по можливості дотримуватися параметрів, наведених у стовпці «Стандарт», і лише як виняток вдаватися до «ускладнених» варіантів. Крім того, не рекомендується закладати "ускладнені" параметри для потенційно серійних замовлень.

У чому проблема? Чи немає у цьому протиріччя? Здавалося б, інженеру-конструктору нема чого замислюватися про тонкощі, пов'язані з виготовленням друкованих плат. Багато замовників вважають так: Є таблиця допустимих параметрів, яку надав завод-виробник. Чому б просто не слідувати їй, і нехай уже справою постачальника друкованих плат буде виконання цих вимог із найкращою якістю».

Це неправильна позиція. Справа в тому, що у виробництві друкованих плат — вкрай непростий процес — багато параметрів взаємопов'язані. Невипадково останнім часом все активніше просувається гасло"Проектування для виробництва". Розробник друкованої плати повинен не просто сліпо дотримуватися тих параметрів, які дано у довідкових таблицях постачальників, а й уявляти, як саме виготовлятиметься друкована плата, які процеси та етапи вона проходить під час виготовлення, і як вони впливають один на одного. Тільки в цьому випадку можна:

Оптимізувати вартість виготовлення друкованих плат (за рахунок вибору найменш дорогої комбінації параметрів).
Зменшити термін поставки замовлення (за рахунок вибору оптимальної структури та матеріалів).
Підвищити надійність виробу (за рахунок підвищення технологічності плати).

Погодьтеся, у реалізації цих пунктів зацікавлені усі сторони. Давайте подивимося, як потрібно «керувати» параметрами друкованої плати, і які можуть бути причини виникнення проблем у виробників під час завдання для того чи іншого параметра невиправдано жорстких значень.

Кількість шарів

Якщо плануються серійні замовлення і потрібне зниження вартості, доцільно закладати в проект не більше 6–8 шарів, інакше можуть виникнути проблеми з вибором постачальника. Чому? Справа в тому, що для заводу середнього рівня (а саме на таких заводах можливе зниження цін при виході на серійність) обмеженням на максимальну кількість шарів, як правило, є 6 або 8.

Причини можливих проблем:

відсутність оснастки для серійного складання більш ніж 8 шарів;
неточність поєднання шарів при пресуванні (зростає зі збільшенням числа шарів);
поздовжня та діагональна деформація шарів;
неточність центрування свердління;
відхилення свердла у багатошаровому пакеті;
неточність травлення та підтрав;
проблеми металізації отворів таповерхні друкованої плати;
необхідність у підвищеному тиску при пресуванні понад 8 шарів.

Ширина провідника та зазор

Загальноприйнятою серед розробників практикою є завдання мінімальної ширини провідника (наприклад, 0,1 мм) всього проекту. І всі провідники на платі виконуються з цією шириною, хоча правильніше було б 90% трас провести шириною 0,125 або навіть 0,15 мм.

На малюнку показано етапи процесу травлення друкованих провідників.

Втрати через бічний підтрав можуть досягати 50% від висоти провідника (товщини міді). Крім того, внаслідок впливу різних факторів (неоднорідності матеріалу, дефектів фотошаблону, фоторезиста тощо) висока ймовірність появи локальних підтравів більшого розміру. Це критично для провідників шириною 0,1 мм і ще важливіше для ширини 0,075 мм. Припустимо, є певна ймовірність того, що один із провідників на платі буде дефектним. Замінивши ширину провідника з 0,1 на 0,15 мм на 90% провідників, розробник у 10 разів (. ) зменшить ймовірність випуску дефектної плати.

Таблиці 3-5 дозволяють оцінити, у яких випадках (для заданої товщини фольги та для сумарної товщини міді) допустимо застосовувати провідники та зазори тієї чи іншої ширини. З використанням таблиць слід враховувати, що у зовнішніх шарах друкованої плати при металізації отворів нарощується додатковий шар міді товщиною до 35 мкм. У таблиці 2 наведено моменти, що потребують особливої уваги.