Nyomtatott huzalozású lemezek tervezése és gyártása
1
z z
z
z
z z
z
z
A nyomtatott huzalozás különálló alkatrészek között létesít villamos kapcsolatot, szigetelő alaplemez felületén kialakított vékony, jók vezető sávokkal. Az elektronikai berendezés és készülékgyártó ipar alapvető fontosságú alkatrésze és fejlődés tendenciáiból következően még igen hosszú távon az is marad. A vékony fémsávok formájában kialakított huzalok az egyéb vezetékekkel szemben több előnnyel rendelkeznek. A vezetéksáv felület-keresztmetszet aránya kedvezőbb, ezért hőleadása nagyobb, mint a körkeresztmetszetű huzaloké. Így azonos keresztmetszetre nagyobb áramerősség engedhető meg. Ez anyag-, tér-, súly- és költségmegtakarítást eredményez. Az alkatrész-beültetést, szerelést, bemérést az ellenőrzést egyszerűbbé, automatizálhatóvá teszik. A nyomtatott huzalozású lemezre felépített áramköri egységekben a kötések száma – a hagyományos vezetékes huzalozáshoz képest – csökken, emiatt az áramkörök megbízhatóbbak, hosszabb élettartamúak. Az első nyomtatott huzalozású lemezeket a harmincas években készítették kerámia-hordozóra. A vezetőréteget, amely beégetős ezüst készítmény volt, nyomdatechnikai eljárással vitték fel a kerámia lemezek felületére, ebből adódott azután az alkatrész elnevezése. Az ötvenes évektől kezdődően – a tranzisztorok megjelenésével, majd a mikroelektronika igényeinek megfelelően – rendkívül gyorsan fejlődött, és igen sok változatot valósítottak meg.
2
A nyomtatott huzalozású lemezek típusai - 1 A nyomtatott huzalozásokat a szigetelő alaplemez szerint két nagy csoportra oszthatjuk:
z
1. 2.
E két nagy csoportot feloszthatjuk még a vezetőrétegek száma szerint:
z 1. 2. 3.
z
Merev nyomtatott huzalozások Hajlékony nyomtatott huzalozások Egyoldalon huzalozott lemezek Kétoldalon huzalozott lemezek Többrétegű lemezek
Külön típusoknak tekinthető a hibrid huzalozás, amelynél a nyomtatott huzalozású lemez olyan beültetett elemeket tartalmaz, amelyek feladata kizárólag áramvezetés. Ilyen megoldásokat akkor alkalmaznak, ha pl. kétoldalas huzalozás nem lenne elég, viszont többrétegű alkalmazása gazdaságtalan, vagy készítésére nincs mód.
3
A nyomtatott huzalozású lemezek típusai - 2 Huzalátkötéseket akkor használnak, ha csak néhány átkötés létrehozása szükséges, sínes megoldással pedig teljes tápfeszültség-elosztások hozhatók létre. Ezzel a megoldással a nyomtatott huzalozású lemez felületigénye és huzalozás tervezési idő nagymértékben lecsökkenthető. A furatok szerint lehetnek:
z
z z z
Fémezett furatú lemezek, Nem fémezett furatú lemezek
Rajzolatfinomságok alapján:
z z z z
Normál rajzolatú lemezek Finom rajzolatú lemezek Igen finom rajzolatú lemezek
4
A nyomtatott huzalozású lemezek típusai - 3 z
z
z
z
z
Az elektronikai berendezésekben a legszélesebb körben a merev nyomtatott huzalozású lemezek különböző fajtáit használják. Ezek nemcsak a villamosösszeköttetéseket biztosítják, de az esetek többségében a beültetett alkatrészeket mechanikailag is védik. A sok kivezetővel rendelkező, nagy alkatrészsűrűségű integrált áramkörök megjelenése finomabb rajzolatú nyomtatott huzalozású lemezek előállítását tette szükségessé. Ezek a lemezek általában fémezett furatú, két oldalon huzalozott kivitelben készülnek. A szerelési sűrűség növekedése, majd a nagyobb sebességű áramkörök kifejlesztése miatt váltak szükségessé a kettőnél több rétegű lemezek. A hátlaphuzalozások kettő- és többrétegű fémezett furatú nagyméretű lemezek. Az utóbbi időben egyre jobban terjednek a hajlékony nyomtatott huzalozású lemezek, amelyek speciális térhuzalozások kialakítására alkalmasak. Ezek egyszerűbb változatai a hajlékony szalagkábelek. 5
A nyomtatott huzalozású lemezek anyagai z
z
A nyomtatott huzalozású lemezek szigetelő alaplemezből és azon elhelyezkedő vezetőrétegből állnak. Legtöbb esetben a fémréteg rögzítéséhez ragasztóanyag szükséges. A forraszthatóság, korrózióállóság, jó villamos érintkezés, kopásállóság fokozására a vezetékmintázatra galvánbevonatot visznek fel. A környezeti hatások ellen a kész nyomtatott huzalozású lemezeket védőbevonattal látják el. A nyomtatott huzalozású lemezek anyagai: z z z z z
Szigetelő alapanyagok Vezetőanyagok Ragasztóanyagok Galvánbevonat anyagaok Védőbevonat anyagok
6
A nyomtatott huzalozású lemezek anyagai – Szigetelő anyagok z
A szigetelő alapanyagok lehetnek szervezetlen és szerves alapúak. A szervetlen anyagok körül a kerámiákat alkalmazzák. A szerves anyagok közül a vázanyaggal erősített hőre keményedő műanyagok a merev-, az erősítés nélküli hőre lágyuló műanyagok pedig a hajlékony, nyomtatott huzalozású lemezek alapanyagai.
z
Többnyire ugyanazokat a kerámia – anyagokat alkalmazzák, mint a vastagréteg technikánál. Legelterjedtebb a szteatit, és aluminium-oxid kerámiák. Különleges célokra használatokas a berilliumoxid, titándioxid, csillámtöltésű üveg, fényérzékeny üvegkerámiák és kerámia – bevonatú acéllemezek is. Hátránya, hogy méretük korlátozott, mert sajtolásukhoz nagy nyomás szükséges, és nagy zsugorodásuk miatt törésre hajlamosak. A kerámia-bevonatú acéllemez hordozó anyagok nagy méretben is előállíthatók. 7
z
z
z
A nyomtatott huzalozású lemezek anyagai – Szigetelő anyagok – Műanyag alaplemezek 1 z
z
z z
z z
z
A merev nyomtatott huzalozású lemezek szigetelőanyaga vázanyagból (merevítő) és kötőanyagból áll. Vázanyagként legelterjedtebbek a papír és az üvegszövet. Az üvegszövet erősítés olcsóbb változatai a nem szövött üvegszál, és az üvegpaplan vázanyagok. Kötőanyagként leggyakrabban fenol- és epoxigyantát használnak. A műanyag-alaplemezek rétegelt és nem rétegelt változatban készülnek. Nagyobb mechanikai szilárdságuk miatt a rétegelt lemezek az elterjedtebbek. Hú és nyomás segítségével véglegesen térhálósított lemezekké sajtolják. A felhasználási területet a vázanyag és a kötőanyag fizikai és kémiai tulajdonságai határozzák meg. Általános célú felhasználásra legtöbbször az olcsó, papírvázas, fenolgyantás rétegelt lemezeket használják. Ezek hőállósága megfelelő, jól megmunkálhatók, de nagy a nedvszívó képességük és kicsi a mechanikai szilárdságuk. Gyártják önkioltó (lángoló) változatban is. 8
A nyomtatott huzalozású lemezek anyagai – Szigetelő anyagok – Műanyag alaplemezek 2 z A papírvázas, epoxigyanta kötőanyagú rétegelt lemezek kis dielektromos veszteséggel és nedves környezetben sem változó, kedvező elektromos tulajdonságokkal rendelkeznek. z z z
z
z
Jól sajtolhatók, hajlítható szilárdságuk jobb, mint a fenolgyantás lemezeké. Közepes frekvenciatartományban alkalmazhatók. A megmunkálási körülményektől függően fémezett falú furatok készítését is lehetővé teszik. Önkioltó tulajdonságúak.
Az üvegszövetvázas, epoxigyanta kötőanyagú rétegelt lemezek kiváló villamos, mechanikai és hőállóságú tulajdonságokkal rendelkeznek. z
z
z
Vízfelvételük csekély. Jó tulajdonságaik következtében nagyfrekfenciás berendezésekben is jól alkalmazhatók. Furatfémezési technikához kiválóan alkalmasak vegyszerállóságuk és jó megmunkálhatóságuk miatt. A két oldalon huzalozott, fémezett furatú és többrétegű nyomtatott huzalozású lemezek legelterjedtebben használt szigetelőanyaga. Létezik olyan változatuk is, amely ultraviola (UV) fényű gerjesztés hatására fluoreszkáló színezéket tartalmaz. Ez fémezett furatú lemezek gyártásánál igen előnyös, mivel a gyártásközi szemrevételezéses ellenőrzés megbízhatóságát javítja. 9
A nyomtatott huzalozású lemezek anyagai – Szigetelő anyagok – Műanyag alaplemezek 3 z
z
z
z
z
z
További alaplemezfajták pl. üvegszövet vázanyagból és szilikongyanta, melamingyanta vagy poliésztergyanta kötőanyagból állnak. Ezek alkalmazását egy-egy különleges tulajdonságuk teszi indokolttá. Például az üvegpaplan vázanyaggal erősített poliésztergyanta kötőanyagú rétegelt lemezek olyan területén alkalmazhatók, ahol nagy nedvességtartalmú környezetben jó szigetelési ellenállás és mérettartás szükséges. Polifenilénoxid (PPO) alaplemez, amely nagy hőmérsékleten alkalmazható, széles frekvenciatartományban állandó, kis értékű a veszteségi tényezője és nagy a mechanikai szilárdsága. A legszigorúbb minőségi követelmények kielégítésére a hőre lágyuló politetrafluoretilén (teflon) üvegszövet vázanyaggal erősített lemezek alkalmasak. A hajlékony nyomtatott huzalozású lemezek jellegzetes szigetelőanyagai: politetrafluoretilán (teflon), poliimid (kapton), polietilén és polivinilklorid (PVC) hőre lágyuló műanyagok, valamint a poliészter (Mylar) hőre keményedő műanyag. Bár a vékonyabb epoxi-lemezek hajlékony változatai is forgalomban vannak, ezek nem sorolhatók az általánosan használt hajlékony anyagok közé, mert erősítés nélkül mechnanikai szilárdságuk kicsi, üvegszövet-erősítéssel pedig nem elég hajlékonyak. 10
A nyomtatott huzalozású lemezek anyagai – Vezető anyagok 1 z
z
z
z
z z z
A jól vezető fémréteget vagy az alaplemezből függetlenül fólia formájában állítják elő és ráragasztják, esetleg rásajtolják a szigetelő lemez felületére, vagy közvetlenül annak felületén alakítják ki. A nyomtatott huzalozású lemezek gyártásában a leggyakrabban alkalmazott fém és réz. Különleges célokra alkalmaznak már fémeket is (pl. aluminiumot, ezüstöt, foszfor- vagy beriliumbronzot, nikkelt, mágneses ötvözeteket). A+10rézfóliák vastagságát szabvány rögzíti. Az ipari gyakorlatban a legelterjedtebb a 35 +20 5 μm és 70 -10 μm vastagságú rézfóliákat alkalmazzák. Különleges esetekben pl. igen finom rajzolat esetén, vékonyabb, 5.20 μm vastagságú rézfóliákat is használnak. Az egyenletes vastagság és pórusmentesség. Az egyenlőtlen vastagság és a pórusosság ugyanis a vezető keresztmetszetének csökkenését, az áramsűrűség növekedését és a vezetéksáv esetleges leégését okozhatja. A fóliát elektronikus úton vagy hengerléssel készítik. a hengerelt fólia hátránya, hogy a fólia szélessége mérete korlátozott, és villamos valamint mechanikai szempontból egyaránt anizotróp. További hátránya, hogy a fólia mindkét oldala sima, ezért a jó ragaszthatóság érdekében utólag mechanikai vagy vegyi úton durvítani kell.
11
A nyomtatott huzalozású lemezek anyagai – Vezető anyagok 2 z z
z
z
z
z
A felhasznált fóliák döntő többségét elektrolitikus úton állítják elő. Az elektrolitikus rézfóliát lassan forgó, krómozott dobra készítik, rézszulfát vagy rézcianid fürdőből. A kész fóliát folyamatosan fejtik le a dobról. A fólia szemcseszerkezetét az alkalmazott elektrolit összetétel és a galvanizálás paraméterei befolyásolják. A dobról lefejtett fólia dob előtti oldala fényes és sima, míg a másik oldala matt és szemcsés szerkezetű, amely ragasztáshoz megfelelő minőségű. Nyomtatott huzalozású lemezek gyártásához jelenleg leggyakrabban a fémfóliával borított szigetelőlemezeket alkalmazzák. A kívánt vezetékmintázat azonban közvetlenül a szigetelő hordozón is kialakítható pl. rézből galvanizálással, vagy nemesfémporból és kötőanyagból álló szuszpenzió felkenésével és beégetésével.
12
A nyomtatott huzalozású lemezek anyagai – Ragasztó anyagok z
z
z
z
z
z
z
A szigetelő alaplemezre a fémfóliát ragasztással erősítik fel. A ragasztók a fémfólia tapadása a szempontjából igen jelentősek, de ezen túlmenően hatással vannak a szigetelési, hő- és klímaállandósági tulajdonságokra is. Csak olyan ragasztóanyagok használhatók, amelyek meghibásodás nélkül elviselik a forrasztáskor fellépő hőigénybevételt. A ragasztókban általában megtalálható a ragasztani kívánt szigetelőlemez műgyantája. Ezenkívül még már anyagokat is tartalmaznak, pl. a rugalmasság növelésére hőre lágyuló műanyagot. A merev rétegelt lemezek réz-borításának ragasztásához rendszerint vinillel módosított fenolgyantát és módosított epoxigyantákat használnak, de a nitrilfenolgyanták is szokásos. A legtöbb hajlékony szigetelőlemezre a fólia ragasztóanyag hozzáadása nélkül, melegen köthető. A politetrafluoretilén-családhoz tartozó fóliák esetén a réz fólia kötéséhez gyakran módosító kopolimereket használnak.
13
A nyomtatott huzalozású lemezek anyagai – Fémfóliával borított szigetelőlemezek z
A kereskedelemben vezető fémfóliával borított szigetelőlemezeket egy- vagy kétoldalas kivitelben és különböző vastagságokban hoznak forgalomba. Néhány szabványos fémfóliával borított szigetelőlemez vastagsági méret: z z
Merev nyomtatott huzalozáshoz: 1,5 és 2,4 mm +/- 0,2 mm Hajlékony nyomtatott huzalozáshoz: 0,2; 0,5 és 0,8 mm +/- 0,1 mm.
14
A nyomtatott huzalozású lemezek anyagai – Galvánbevonat anyagok z
z
z z z
z
z z z
z
A teljes vezetékmintázatra felvitt galvánbevonatok a jó forraszthatóságot és korrózióállóságot biztosítják. Ezeket a bevonatokat vagy a kész huzalozásra választják le, vagy a vezetékezésnek megfelelő mintázatban maratás előtt viszik fel a rézfóliára. Az utóbbi esetben a fémbevonat maratási maszkként is szolgál. Leggyakrabban az ón- és ón-ólom ötvözeteket alkalmazzák. Egyes cégek arany bevonatot használnak. Ekkor azonban normál 40/60-as forrasszal készített kötéseknél megbízhatósági problémák merülnek fel. A nyomtaott huzalozású lemez szélén kialakított érintkezőfelületekre felvitt galvánrétegek a jó villamos érintkezését vagy a kopásállóságot biztosítják el. A keményarany 0,1-0,5 % Ni vagy Co ötvözött tartalmazó arany. Korábban rendszeresen használták az ezüstöt érintkezőfelületek bevonására. Az utóbbi időben visszaszorult, mert nedves környezetben anyagvándorlásra, migrációra hajlamos. Használatos még a palládium és ródium is, bár fém átmeneti ellenállása jóval nagyobb az aranyénál.
15
A nyomtatott huzalozású lemezek anyagai – Védőbevonat anyagok z
z
z z
z z
z z z
z
vezetékes védelem mechanikai és környezeti behatások ellen, a beültetett alkatrészek védelme, vagy gépi forrasztáskor kialakuló forrasztóón-hidak létrejöttének megakadályozása Nem visznek fel galván fémréteget, akkor a rézhuzalozás mintázatot oxidációtól meg kell védeni Erre a célra általában fenyőgyanta – bevonatot használnak A forrasztás előtt el kell távolítani, és friss folyasztószert kell használni, másként hidegforrasztás jöhet létre Általános célra szolgál az epoxi és poliuretán bevonat A szilikon hőálló bevonatok a polisztirol pedig kis dielektromos veszteségű bevonatok készítésére alkalmas Az akrilgyanták elektromos és nedvességálló tulajdonságai kiváló a vegyszerállósága A magas 200-250°C kötési hőmérséklete azonban korlátozza alkalmazhatóságát A formakövető bevonatok a beültetett alkatrészek kötéseinek mechanikai védelmét és rázásállóságát biztosítják. Gépi forrasztásnál, a közeli fóliafelületek között keletkező, forrasztóhíd képződését megakadályozó forrasztásgátló védőbevonatokat visznek fel 16
17
A nyomtatott huzalozás lemezek gyártástechnológiája z
Szubtraktív, additív és féladditív eljárást különböztetünk meg. z
z
z
z
Az eljárás jellege szerint: z z
z
A szubtraktív eljárásnál a kiinduló alapanyag egy vagy két oldalon fémfóliával borított szigetelőlemez, amelyről a nem kívánt részekről a fémborítást eltávolítják Az additív eljárásnál szigetelőlemezből indulunk ki, amelyre a fém vezetősávokat a kívánt geometriában visszük fel. A féladditív eljárás az előző két technológia kombinációja Kémiai és Mechanikai módszert különböztetünk meg
A nyomtatott huzalozású lemezek döntő többsége kémiai módszerrel készül. z z z
A kémiai módszer két változata: A negatív vagy fóliamaratásos módszer, és A pozitív vagy galvanizált huzalozási módszer
18
A nyomtatott huzalozás lemezek gyártástechnológiája – Alaptechnológiai műveletek - 1 z
Alaptechnológiai műveletek: z
Mechanikai z
Technológiai méretre vágás: kialakításához gyémáttárcsás vagy keményfémlapkás körfűrészeket, illetve gépi ollót használnak. Sorozatgyártásnál a technológiai méret megkívánt tűrése +/- 0,5 mm a derékszögtől való eltérés max 1°.
z
z z
z
Furat-készítés (lyukasztás, fúrás): elsősorban a papírvázas lemezek nagy sorozatú gyártásánál alkalmazott eljárás. A legkisebb sajtolással készíthető furatátmérő kb. lemezvastagság kétharmada. A gyártási technológiától és a nyomtatott huzalozás típusától függően eltérő. Fémezésre kerülő furatok esetén a követelmények: a furatfalak és peremek simák és gyanta – elkenődésmentesek legyenek, hogy megbízható és jól forrasztható átkötést lehessen létrehozni a két vagy több vezetősík között. A furatfal minőségét és alkalmazott fúróél geometriája és a fúrási paraméterek együttesen határozzák meg egy adott szigetelőanyag esetén. A fúrás technológiai sorrendje: Helyezőfuratok készítése A lemezek kötegelése a helyezőfuratokba nyomott csapokkal Fúrás 19 Kötegbontás ellenőrzés
Alaptechnológiai műveletek - 2
z
A helyezőfuratokat a maszkolási és méretre vágási műveleteknél is felhasználják a lemezek rögzítésére. A kézi vezérlésű egyorsós fúrógépeket az egyedi és kissorozatú lemezek készítéséhez és fúrósablonok előállításához használják, általában alulról fölfelé fúrnak és optikai. ill. pantorgáf követő fejjel ellátottak. Az NC vezérlésű fúróberendezések csoportosítása: Egyszerű lyukszalag – vezérlésű fúrógép Vezérlő lyukszalagot is készítő berendezések Önprogramozó NC fúróberendezések (a mintalemez kézi lekötése feltölti az adattárolót)
z
Sorjátlanítás: Méretre vágás és egyéb mechanikai megmunkálások (alakos kivágások, élletörés stb.)
z
A furatoknak sorjamentesnek kell lennie, hogy ne roncsolja a maszkolt, a szilárd fotoreziszt bubórékmentesen felfeküdjék a rézfólián. Ezért fúrás után a sorját kémiai maratással és/vagy csiszolással (kézi-, gépi csiszolás) eltávolítják.
z
A gyártás utolsó fázisában alakítják ki a lemez végleges méretét, elkészítik a nem galvanizált furatokat, alakos kivágásokat. A méretre vágás történhet beállításhoz optikai élkivetítős vágóolló használata megfelelő pontosságot eredményez. A kontúrmaró célgépek előnye a kö9rfűrész-gépekkel szemben, hogy termelékenyebbek, íves kivágások és belső, tetszőleges alakú kivágások is elkészíthetők.
z z
z
20
21
22
Alaptechnológiai műveletek - 3 z
Maszkolási technológiák z
A vezetékezés geometriáját alapvetően a maszkolási technológia határozza meg.
z
A maszkkal szemben támasztott követelmények: Maximális alak- és méretsűrűség biztosítása Megfelelő ellenállóképesség a gyártás további fázisaiban használt különféle vegyszerekkel (maratószerekkel, galvánfürdőkkel stb.)szemben Egyszerű és maradéktalan eltávolíthatóság
A maszkolás alapvető módszerei:
Szitanyomtatás Fotolitográfia (kieg. Dia 22) Ofszetnyomtatás: ez a rajzolat-kialakítási technológia csak igen nagy darabszámú tömeggyártás és normál rajzolat esetén gazdaságos. A vezetékezésről dombirmintát, fém nyomóbélyeget készítenek. Erre a festéket általában lágy gumihengerrel viszik fel. A nyomóbélyegről a huzalozás – mintázatnak megfelelő festékbevonatot gumi-nyomóhengerre viszik át, amely azt az alaplemez rézfóliájára továbbítja. Védőréteg felvitel rajztechnikával: A rézrétegre alkalmasan megválasztott védőréteg-anyagot (pl. saválló festék) viszünk fel kézi vagy gépi rajztechnikai úton 23
Alaptechnológiai műveletek – Maszkolási technológia Fotolitográfiai z
z
z z z z z
z
A fotolitográfiai eljárás akövetkező lépésekből áll: z Felületelőkészítés (tisztítás) z A fényérzékeny réteg (reziszt) felvitele z Megvilágítás z Előhívás z Retusálás z A maratást, ill. galvanizálást követően a fotoreziszt réteg eltávolítása A fotoreziszteket két csoportba oszthatjuk: z Folyékony rezisztek z Szilárd rezisztek (Riston fólia). A folyékony rezisztek közül a negatív típusút mártással vagy kenhengerese úton vihetjük fel a hordozóra. Az elérhető maximális rétegvastagság mártó eljárásnál: 5-12 μm, kenőhengeres eljárásnál: 10-20 μm. A szilárd fotorezisztek fólia formájában kerülnek forgalomba. Az emulzió vastagsága 18-72 μm között, a további technológiák kötöttségeinek megfelelően választható meg. A szilárd fotorezisztek felvitele meleghengerléssel – un. laminálással történik. A fotoreziszterek megvilágításakor a mesterfotót vákuum másolókeretben szorítják a lemez felületére. A fényforrás kb. 350-450 nm hullámhosszúságú (UV) fény kibocsátó fénycső vagy higanygőzlámpa. A megvilágítás idejét vagy a fényforrás automatikus kikapcsolásával, vagy mozgó, csíkszerűen világító fényforrás esetén, annak sebességével lehet szabályozni. A fotorezisztek előhívását általában permetező rendszerű előhívó berendezésekben végzik. 24
25
Alaptechnológiai műveletek - 4 z
Galvanizálási technológiák z z
z
z
A nyomtatott huzalozású lemezek gyártásának főbb galvanizálási lépései: Maratásálló maszk galvanizálása: A galván fémmaszk anyaga lehet – ón, ón-ólom vagy nikkel+ón A lapok forrasztási oldalát szitanyomtatással felvitt forrasztásgátló bevonattal látják el, és csak a forrasztási pontok maradnak szabadon Maximális vastagság kb 20 μm Furatok galvanizálása A lemezek előkészítését (zsírtalanítás, kémiai maratás, oxidmentesítés) aktiválási művelet követi. A művelet céja a rézfóliával borított lemez szigetlőfelületein aktív szemcsék létrehozása. Aktiváláshoz általában palládiumot használnak, melyet egy vagy két-lépcsős eljárással visznek fel. A szigetelő felületre kivált palládium szemcsék a kémiai rézelektrolitban megindítják a rézkiválást. Rézszulfát, komplexképző, nátriumhidroxid, formaldehid és stabilizátor A formaldelhid a redukálószer. A stabilizátor pedig megakadályozza, hogy a réz az elektrolitban is kiváljon. a kémiai rézválasztás igen lassú folyamat, ezért csupán 0,5…1 μm vastag rézbevonatot választanak le kémiai úton. A kellő vastagságot további galvanikusan leválasztott rézréteggel érjük el. A katódmozgatás sebességét általában a galvanizálási technológia paraméterei határozzák meg. Galvanizáláskor kb. 25-30 μm vastag rézréteg és 10-12 μm vastag ónbevonatot választunk le a huzalozás rajzolatának megfelelően a kiindulólemezre. Érintkezők galvanizálása Nikkel +arany réteg A legtöbb célra 2-2,5 μm vastag keményarany-bevonat elégséges
26
27
Alaptechnológiai műveletek - 5 z
Maratási technológiák z z z
z z
z
z
z
z
z
Maratási művelettel távolítjuk el a felesleges rézréteget, ezzel előállítva a huzalozás mintázatot A legrégebben alkalmazott maratószer a ferriklorid (FeCl3) Maratáskor a három vegyértékű vasklorid kétvegyértékűvé redukálódik FeCl3 + Cu F FeCl2 + CuCl További oxidál a ferrilklorid - CuCl + FeCl3 F CuCl2 + FeCl2 A réz felületén a reakció mellett még a következő folyamat is lejátszódik: CuCl2+ Cu F 2CuCl A vasklorid az egyik legolcsóbb maratószer, ennek ellenére nem a leggazdaságosabb, az elhasznált vegyszert és az öblítővizet semlegesíteni kell, és ennek költsége sok esetben felülmúlja az alapanyag költségeit. A rézkloridos maratás azért előnyös, mert a maratószer regenerálható, a maratás során periódikusan elvett maratószerből a réz elektrolízissel viszonylag könnyen kinyerhető. A vaskloridnak és rézkloridnak is hátránya, hogy galván-fémmaszkkal ellátott maratására nem alkalmasak. A krómsavas marató nem támadja meg a fémmaszkokat.. A forrasz felületén azonban oldhatatlan ólomszulfát-kromát réteg képződik, ami a bevonat forraszthatóságát rontja. Az ammóniumperszulfát szintén alkalmas ón-ólom, ón-nikkel galván fémmaszkos huzalozások maratására is, elsősorban a furat galvanizálását megelőző felület-előkészítő kémiai maratásnál alkalmazzák, felületdurvítási céllal. 28
Alaptechnológiai műveletek - 6 z z
z
A kénsav-hidrogénperoxid elegy szintén a panel- és rajzokat galvanizálásnál használatos A maratási eljárások, a maratószer munkadarabra történő felviteli módjában különböznek egymástól. Két maratási technológiát különböztetünk meg:
z
z
z
z
Állófürdős Porlasztásos eljárás
Legegyszerűbb technológia az, amikor a maratni kívánt lemezt felmelegített maratószerbe helyezzük. Ekkor a maratás lassú és pontatlan, az állófürdős maratás hatásfoka a lemez mozgatásával illetve a maratószerven levegő átfutásával fokozható A porlasztás lejárás előnyös tulajdonsága, hogy a lemez felületére mindig friss, folyamatosan adagolt maratószer kerül. Legegyszerűbb változatánál a maratószerben lapátkerék forog, az oldatot felkapja, porlasztja, és a maratandó felületre szórja. Maratáskor a maratószer a maszkbevonat alatt oldalirányban is kifejt oldóhatást, ennek következménye az alámaródás A rajzolat galvanizálásnál megismert gombaképződés meghatározza a vezeték maratás utáni állapotát fémmaszk esetén. Ilyenkor az alámaródás mellett egy újabb hiba jelentkezik, a fémmaszk túllógása .
29
30
A nyomtatott huzalozás lemezek gyártástechnológiája – Szubtraktív
(fóliamaratásos) eljárás Szubtraktív eljárásnál a kiinduló alapanyag: fémfóliával borított szigetelőlemez. Erre a huzalozási pályákkal megegyező mintázatban maratószernek ellenálló anyagból maszkot visznek fel, majd a le nem védett fémréteget kémiai maratással eltávolítják. z A szubtraktív eljárás döntő előnye az additív eljáráshoz képpest az, hogy a fémfólia rögzítését a szigetelt hordozóra nem a nyomtatott huzalozás gyártása során kell elvégezni. z A szubtraktív technológia kiinduló anyagát – a fémfóliával borított lemezt – az alapanyaggyártók nagy tömegben, gondosan kidolgozott technológiával készítik, és így biztosított a fólia jó, megbízható tapadása. z
z
Merev nyomtatott huzalozású lemezek z z z
Egyoldalon huzalozott lemezek Kétoldalon huzalozott lemezek Többrétegű nyomtatott huzalozású lemezek 31
Szubtraktív (fóliamaratásos) eljárás – Merev nyomtatott huzalozású lemezek - 1 zEgyoldalon z
huzalozott lemezek
z
A tömegforrasztó eljárások elterjedése könnyen forrasztható lemezek előállítását tette szükségessé. Ezt a vezetékmintázat utólagos vagy gyártás közbeni forraszréteggel történő bevonásával biztosíthatjuk.
z
Az utóbbi esetben a galvánbevonatú lemezek gyártásának műveleti sorrendje a következő:
Alkalmazott technológia műveleti sorrendje: z
z z
z z z z z z z z
Réz fóliával borított lemez technológiai méretre vágása, Tisztítás Pozitív (maratásálló) maszk felvitel Retusálás Megvilágítás Maratás Pozitív maszk eltávolítás Furatkészítés Méretrevágás Feliratozás Védőbevonat felvitel Ell ő é
z z z z z z z z z z z
Rézfóliával borított lemezek technológiai méretre vágása Tisztítás Negatív (galvánálló) maszk felvitel Retusálás Galvanikus ón- vagy ón-ólom bevonat készítése, Negatív maszk eltávolítása Maratás Furatkészítés Méretrevágás Feliratozás Ellenőrzés 32
33
Szubtraktív (fóliamaratásos) eljárás – nyomtatott huzalozású lemezek - 2 zKétoldalon
Merev
huzalozott lemezek
zEzeknél
e lemezeknél a szigetelő hordozó mindkét oldalán készül vezetékmintázat, amelyek összekötése egyedileg beültetett átkötő elemekkel vagy kémiai és galvanikus úton létrehozott fémrétegekkel valósítható meg. Ezen utóbbi eljárással készülnek az un. Fémezett furatú nyomtatott huzalozású lemezek. zRéz galvanizálás az első esetben a teljes lemez (panel) felületére, míg a második esetben egy negatív maszk felvitele után csak a rajzolatra (pattern) történik. zTöbbrétegű
nyomtatott huzalozású lemezek
34
35
36
A nyomtatott huzalozás lemezek tervezése – Általános tervezési szempontok 1 A nyomtatott huzalozás tervezés általános feladata az elvi kapcsolási rajz és darabjegyzék alapján a nyomtatott huzalozású lemez mesterfilmjeinek és járulékos dokumentációinak előállítása. A nyomtatott huzalozás tervezése során a megbízhatósági, szerelési és gazdasági szempontok alapján z z z
A nyomtatott huzalozási típus és technológia kiválasztása, valamint Az alapanyagok megválasztása után, A villamos, mechanikai és környezetei követelmények figyelembevételével történik a huzalozási mintázat kialakítása
37
A nyomtatott huzalozás lemezek tervezése – Általános tervezési szempontok 2 A nyomtatott huzalozású lemezek csatlakozási pontjait úgy kell elhelyezni, hogy azok egy négyzetrács-hálózat metszéspontjaiba essenek. Az axiális huzalkivezetőjü alkatrészek a nyomtatott huzalozású lemezre kétféleképpen ültethetők be. Vízszintesen z Függőlegesen A radiális kivezetőjü alkatrészek általában csak vízszintesen ültethetők be. A vegyes beültetést kerülni kell. A vízszintesen beültetett alkatrészek a nyomtatott huzalozású lemezen nagyobb helyet foglalnak el, de szerelésük, forrasztásuk egyszerűbb és ez a beültetési mód nagyobb mechanikai stabilitást nyújt. z
z
z
38
A nyomtatott huzalozás lemezek tervezése – Általános tervezési szempontok 3 z
z
z
z
Az alkatrészek vagy felfekszenek az alaplemezen, vagy attól bizonyos távolságban helyezkednek el. A függőleges alkatrészbeültetés előnye a kis helyfoglalás, és az alkatrészek hűtési viszonyai is így rendszerint jobbak. Hátránya azonban, hogy a beültetés és a forrasztás művelete nehezen vagy egyáltalán nem automatizálható, a nagyobb alkatrészek külön mechanikai rögzítést igényelnek, és a forrasztási pontok között keresztező vezetékek csak nehezen vezethetők el. Az alaprácsrendszerrel nem egyező, több merev kivezetéssel rendelkező alkatrészeknél a kivezetők egyikét, vagy a furatcsoport közepét az alaprács egyik metszéspontjára célszerű helyezni. 39
A nyomtatott huzalozás lemezek tervezése – Általános tervezési szempontok 4 Célszerű a nyomtatott huzalozású lemezek furatait is egységesen megválasztani. A furatátmérőnek igazodnia kell a beforrasztásra kerülő alkatrész-kivezető méretéhez. Jó forrasztott kötés ugyanis csak akkor alakulhat ki, ha a forrasz a furat fala és a kivezető közötti hézagba be tud hatolni. A forrasztószemek általában köralakúak, középen furattal, amelyek lehetnek fémezett vagy fémzetlen falúak. A forrasztószem átmérőjének mérete függ a rajzolatfinomságtól A forrasztószemek méretét célszerű megválasztani, hogy a furat körül megmaradó fóliagyűrű szélessége ne legyen kevesebb a lemezen alkalmazott legvékonyabb vezetősávnál.
40
A nyomtatott huzalozás lemezek tervezése – Általános tervezési szempontok 5 A forrasztószemek alakja lehet, körtől eltérő is, azonban felületük lehet kisebb a megengedett minimális méretű körgyűrű felületénél. Egy lemezen belül lehetőleg minél kevesebb féle forrasztószem és furat legyen. A gyártás könnyítése érdekében, ha lehetőség van rá, a legnagyobb forrasztószemet és furatot kell általánosan előírni. A nyomtatott huzalozású lemez szélén villamos csatlakoztatási lehetőséget kell biztosítani. Ez megoldható egyszerű forrasztószem, forrcsúcs vagy csatlakozó segítségével. Csatlakozók alkalmazása esetén a lemez lehet közvetlen vagy közvetett csatlakozású.
41
A nyomtatott huzalozás lemezek tervezése – Alkatrész elrendezési irányelvek 1 Az elrendezés a lehető legegyszerűbb és legrövidebb huzalozást tegye lehetővé. Kétoldalas huzalozás esetén az összekötések megvalósításához minimális számú átmenő kötésre legyen szükség. Az elrendezés esztétikus legyen és tévesztés mentes, könnyű szerelést biztosítson. Az alkatrészek egymásra merőleges irányú beültetése is megengedett, ha az egyszerűbb huzalozást eredményez. A 90°-tól eltérő forgatás (ferde elhelyezés) azonban nem megengedett. Azok az integrált áramkörök, amelyek sok kivezetéssel kapcsolódnak egymáshoz, egymás közelében helyezkedjenek el. Az alsó sorokban azok az integrált áramkörök helyezkedjenek el, amelyek sok vezetékkel kapcsolódnak a csatlakozó sávhoz.
42
A nyomtatott huzalozás lemezek tervezése – Alkatrész elrendezési irányelvek 2 Az alakrészek elrendezése során figyelembe kell venni a hagyományos huzalozásnál is követett villamos szempontokat és az üzemeltetés környzeti hatásait. Ügyelni kell arra, hogy pl. hőtermelő elem közelébe nem szabad hőérzékeny elemet tenni, nagyfeszültségű elemeket védeni kell a véletlen hozzáéréstől.
43
Számítógépes konstrukciós tervezés
Ugrás az 5. fejezetre 44
A nyomtatott huzalozás lemezek tervezése – A nyomtatott huzalok elhelyezések villamos szempontjai
45
A nyomtatott huzalozás lemezek tervezése – Huzalozásmintázat – kialakítási szempontok
46
A nyomtatott huzalozás lemezek tervezése – A nyomtatott huzalozású lemezek tervezési lépései
47
A nyomtatott huzalozás lemezek tervezése – A tervezés eredményeinek dokumentálása
48
A nyomtatott huzalozás különleges megoldása és újszerű alkalmazása
49
Köszönöm a figyelmet!
50
