NYOMTATOTT HUZALOZÁSÚ LAPOK GYÁRTÁSTECHNOLÓGIÁJA Az elektronikai tervező általában nem gyárt nyomtatott lapokat, mégis kell, hogy legyen némi rálátása a gyártástechnológiára, hogy terve kivitelezhető legyen. Az említett ok miatt következik egy rövid ismertető a gyártástechnológiáról 1
Alapfogalmak, a gyártástechnológia rövid leírása A nyomtatott huzalozású lapok egy vagy több szigetelőrétegből (alaplemez) és egy vagy több vezető rétegből állnak. A szigetelőréteg a mechanikai szilárdságot is biztosítja. A hagyományos, furatokba szerelendő alkatrészeknek a lemezen a megfelelő helyeken furatokat készítenek. A furatokat vagy fémezik, vagy nem. A fémezés lehetővé teszi a jelek átvitelét egyik vezető rétegből a másikba, ugyanakkor jobb forraszthatóságot is biztosít. 2
A felületre szerelhető alkatrészek szereléséhez nem szükségesek furatok, csak megfelelő forrasztópadkák a lemez egyik oldalán. A vezető rétegen alakítják ki az alkatrészek közötti kötéseket. Megfelelő vastagságú rézfóliában olyan mintázatot alakítanak ki, amely tartalmaz minden szükséges kötést. A mintázat kialakítása történhet a megfelelő helyek galvanizálásával (additív eljárás) vagy a felesleges részek eltávolításával a teljes felületet lefedő rézfóliából, maratással (szubtraktív eljárás, vegyi úton vagy mechanikailag). 3
Helyenként, elsősorban egy vezető rétegű (egyoldalas) lapoknál, huzalokból áthidalásokat készítenek az alkatrészek szerelési oldalán, ha a vezető rétegben nem sikerül elhelyezni minden vezetéket. Az alkatrészek szerelése történhet a lap egyik oldala felől, ez a hagyományos, furatokba szerelt alkatrészeknél jellemző. Ilyenkor megkülönböztetünk alkatrész oldalt és forrasztási oldalt. A felültre szerelendő (SM) alkatrészeket is szerelhetjük csak a lap egyik oldalára, de a kétoldalas szerelés kompaktabb kivitelt biztosít. Ilyenkor alsó és felső oldalról beszélünk, attól függően, hogy a tervezésnél melyik oldal felől szemléljük a lapot. 4
Az alaplemezek felépítése és típusai A nyomtatott huzalozású lapok gyártásakor szigetelőanyagból készült alaplemezekből indulnak ki. Az alaplemez általában szilárd, ritkán hajlékony. Az alaplemez gyártható fémfólia borítással vagy a nélkül. Merev, rézborítású alaplemezek Hajlékony, fémborítású fóliák (alaplemezek) 5
Merev, rézborítású alaplemezek A merev lemezek alapanyaga általában üvegszövet, de tartalmazhat papírt, textíliát, azbesztet, műanyag szövedéket. 6
A merev lemezek alapanyagait ragasztóanyaggal itatják át (pl. poliészter gyanta). Megfelelő méretre (vastagság) sajtolva keményítik ki. A jellemző vastagságok 0,8 mm és 3,2 mm között vannak. A keményedést követően a lemez egyik vagy mindkét oldalára rézfóliát visznek fel, rendszerint ragasztással. A rézfólia szabványos vastagságai 17,5 µm, 35 µm, 70 µm, és 105 µm. Többrétegű nyomtatott huzalozású lapok gyártásához készítenek rézfólia nélküli összekötőszigetelő (pre-preg) lemezeket. 7
Hajlékony, fémborítású fóliák (alaplemezek) Egyes nyomtatott huzalozású lapokat hajlékonyra készítenek. Az alapanyag itt rendszerint poliészter vagy poliimid fólia. A fólia olvadáspontja nem elég magas, ezért a forrasztás nagy körültekintést igényel. A rézréteg szabványos vastagságai megegyeznek a merev lemezeknél említettekkel. 8
Az alkalmazott gyártási eljárások ismertetése Számos eljárás során jön létre az alaplemezből a nyomtatott huzalozású lap. Furatokat kell készíteni, szükség szerint fémezni kell őket. Az alaplemez felületén létre kell hozni a megfelelő mintázatú rézfóliát (maratással és/vagy galvanizálással). Többrétegű lapoknál több alaplemezt és szigetelőréteget kell összesajtolni, összeragasztani. A rézrétegeket ónréteggel kell bevonni a korrózió ellen és a jobb forraszthatóság érdekében. A lap felületét lakk védőréteggel- és festékanyagból készült feliratokkal kell ellátni. 9
Furatok készítése A furatok egy része az alkatrészek beültetésére szolgál, míg más furatok, az átvezető furatok (a fémezésnek köszönhetően) a különböző rétegek vezetékeit kötik össze. Korábbi gyakorlat szerint a furatokat az alaprács metszéspontjaiban lehetett csak elhelyezni. A technológia fejlődésével az alaprács sűrűsödött, a fúrófej mozgatásának lépései csökkentek, így ma a furatok gyakorlatilag tetszőlegesen elhelyezhetők. Korszerű mechanikai megoldásoknál a minimális átmérő 0,2 mm. Ennél kisebb átmérőket is készítenek lézeres technikával. 10
A mintázat átvitele a lapra A nyomtatott huzalozás mintázatának átvitele az alaplemezre rendszerint megvilágítással vagy szitanyomással történik. Megvilágítással minimum 0,1 mm szélességű vezetékek készíthetők (függ a rézréteg vastagságától), a szitanyomás kevésbé pontos, 0,15 mm a minimális vezeték-szélesség (a szita finomságától függő). Létezik lézeres eljárás is, amellyel 0,05 mm az alsó határ. 11
Megvilágítás esetén az alaplemezen levő rézfóliát fényérzékeny réteggel vonják be, ráhelyezik a mintázatot tartalmazó filmet, majd megvilágítják. A film lehet pozitív vagy negatív. Pozitív filmnél a megvilágított fényérzékeny réteget el kell távolítani, a többit rögzíteni kell, ez akadályozza meg maratás közben a rézréteg eltávolítását. Negatív filmnél a nem megvilágított részt távolítják el, a megvilágított részt rögzítik. 12
Maratási eljárások A huzalozás kialakításhoz a rézréteg felesleges részeit vegyi eljárással, maratással távolítják el. A maratás nem irányítható, minden irányban halad előre a szabad felületeken. Ennek következtében a védőréteg alá is bemarások történnek. A bemarás mélysége a rézréteg vastagságával nő, ezért nehéz vastag, de keskeny vezetékeket készíteni. 13
Vezető rétegek felvitele Az additív eljárásnál a huzalozást a lemez egyes részeinek galvanizálásával hozzák létre. Más célokra is alkalmaznak galvanizálást, elektromos úton történő fémfelvitelt. Így történik a furatok fémezése, a védőréteg (ón) felvitele a rézrétegre, a rézréteg szükség szerinti vastagítása (nagyáramú vezetékekhez). Galvanizálásnál a lemezt elektrolit fürdőbe merítik. A lemez meglevő vezetékei képezik az egyik elektródát, a másik elektróda a felvinni kívánt fémből készül. A két elektródára feszültséget kötnek, ennek hatására áram folyik át az elektroliton és a vezetésben résztvevő fém ionok lerakódnak a lemezen. 14
Lakkréteg és feliratok felvitele Miután minden vezető és szigetelőréteg elkészült, a nyomtatott huzalozású lapot (igényesebb technológiánál általában mindkét oldalán) lakkréteggel vonják be, a forrasztási felületek kivételével. Az eljárás célja a korrózióvédelem, a szomszédos forrasztási felületek közötti zárlatok megakadályozása, valamint az alkatrészek szigetelése az alattuk futó vezetékektől. A lakkrétegnek jól kell tűrnie a magas hőmérsékletet, mert forrasztásnál a lakkréteg is felmelegszik. 15
Az alkatrészek elhelyezésének módozatai csak furatokba szerelés, csak egy oldalon vannak az alkatrészek, felületszerelés csak egy oldalon, furatokba szerelés kombinálva felületszereléssel egyik oldalon (rendszerint a két alkatrésztípus az ellenkező oldalon van), felületszerelés két oldalon, furatokba szerelés mindkét oldali felületszereléssel. 16