TEHNOLOGIA CABLAJELOR IMPRIMATE

1. TEHNOLOGIA CABLAJELOR IMPRIMATE Tehnologie electronică - Curs 9

2. De al începuturileelectronicii, dezavantajelecablajelor cu fire au determinatîncercări de realizare a conexiunilorîntr-o singurăetapă, prinprocedeemaibune. Incă din 1906, T.A. Edison propunerealizareaconductoarelor sub formă de benzimetalice, obţinuteprindepuneri de pulberipesuportizolanturmate de ardere. Prin 1930, la firma HeshoWerken (Hermsdorf, Germania), se realizauconexiuniprindepuneri de săruri de argintpeplăcuţeceramice; prinardere se obţieauconductoarepeliculare din argint, foarteaderente la suport. Din aceastăperi-oadădateazădenumirea de conductor imprimat. Toateprocedeeleinventatepânăprin 1940 s-au doveditinaplicabileînpractică. Tehnologie electronică - Curs 9

3. Tehnicacablajelorimprimate se dezvoltădupăceîn 1943, Eisler, în Anglia, brevetea-zăprimulprocedeu de fabricare a cablajelorimprimateaplicabilînpractică, princorodareachimică a uneifolii de cuprulipităpesuportizolant. InvenţiileluiEislerstau la bazamajorităţiitehnologiiloractuale de fabricaţie a cablajelorimprimate. Destul de curios, ideileluiEisler au cunoscul o mare răspândireabiadupă 1952 – 1953, darînprezentprobabilcă nu existăechipamenteelectronice care să nu foloseascăcablajeimprimate. Tehnologie electronică - Curs 9

4. Princablajimprimat se înţelege un ansamble de conductoare de conexiuneplasateînunul, douăsaumaimulteplanuriparalele, fixate pe un suport rigid sauflexibilşiformând un ansamblu. Conductoarele, realizate sub formă de benzisausuprafeţemetalice, se numescconductoareimprimate. • Prin circuit imprimat, se înţelege de obicei, ansamblulsuportizolant, conductoareleimprimateşicomponente fixate definitivpesuport. Tehnologie electronică - Curs 9

5. Tehnologiacablajelorimprimate are numeroaseşiimportanteavantaje: • asigură un grad de compactizareridicat; • se reduce volomulsidificultateaoperaţiilor de montareşiasamblare, care pot fi com-pletautomatizate; • asigură o mare reproductibilitateîndispunereapieselorşiconductoarelor de conexiune, ceeacesimplificăenormrelgajele, acordărileşipermitecontrolulcuplajelorparazite; • identificareapieselorşitraseeloresteuşoarăşi se simplificădepanarea; • consumul de cupru se reduce drastic, conductoareleputândfidimensionateînfuncţie de cerinţeleelectrice (intensitatecurent, inductanţăşirezistenţă etc.); • fiabilitateaşimentenabilitateaproduselorsuntridicate; • costurilesuntreduse. Tehnologie electronică - Curs 9

6. In prezent, progreseletehnologice au determinat: • ieftinireacablajelor, a cărorutilizareşiînmontajeexperimentale a devenit o practicăcurentă; • diversificareatipurilor de cablajeimprimate (flexibile, multistrat), a tehnologiilor de asamblare (asamblarea cu piesemontatepesuprafaţă); • extindereatehnologiilorspecificecablajelorimprimate la realizareaunorcomponenteimprimate (rezistoare, bobine, condensatoare), a unorcomponenteprecumşiînaltedomenii (bobinajepentrumotoareelectriceminiatură, suspensiişiarcuripentrumeca-nisme fine etc.) Tehnologie electronică - Curs 9

7. Utilizări ale cablajelorimprimate: a – cablajimprimatpentrumontajeelectronice; b – condensatorimprimat; c – bobineimprimate; d – elenment de comutatorrotativ; e –micromotor cu rortorpecablajimprimat Tehnologie electronică - Curs 9

8. Diversitateacablajelorestefoarte mare şiclasificările se pot face din maimultepuncte de vedere: • Dupăînsuşirilemecanice ale suportuluiizolant, existăcablajepesuport rigid şipesuportflexibil. • Dupănumărul de plane în care se aflăconductoarele, existăcablajemonostrat, dublustratşimultistrat. • Dupămodul de realizare a contactelordintreconductoareleaflateîn plane diferite, existăcablaje cu găurinemetalizateşi cu găurimetalizate. Tehnologie electronică - Curs 9

9. Dupătehnologia de fabricaţie, există: ► Cablajerealizateprintehnologii subtractive, în care, plecând de la un suportizolantplacat cu folie de cupru, conductoarele se obţinprinîndepărtareametaluluiînregiunile care trebuiesă fie electroizolante. Acestetehnologiisuntcelemaiutilizate ► Cablajeralizateprintehnologiiaditive, în care conductoarele se obţinprindepunere de metal pesuprtulizolant. ► Cablajerealizateprintehnologii de sinteză, în care conductoareleşiizolantulintermediar se obţinprindepunerisuccesive de metal şi dielectric. Tehnologie electronică - Curs 9

10. Tipuri de cablajeimprimate a, b – mono şidublestrat cu găurinemetalizate; c, d – dubluşimultistrat cu găurimetalizate; e – calbajrealizatprintehnologie de sinteză; f – cablajflexibil Tehnologie electronică - Curs 9

11. Materialepentrusuporturiizolante • Suporturile izolante trebuie să satisfacă un număr mare de cerinţe generale, cum sunt: • proprietăţi electrice bune şi stabile: rezistivitate de volum şi suprafaţă mari, pierderi (tgδ) mica, permitivitate (εr) mică, rigiditate dielectrică mare, ...; • proprietăţi mecanice bune şi stabile: rezistenţă la solicitări mecanice, posibilitate de pre-lucrare prin tăiere, ştanţare, aşchiere, etc.; trebuie avut în vedere că solicitările mecanice sunt preluate în totalitate de suport, conductoarele imprimate neavând rezistenţă mecanică; • stabilitate dimensională şi a tuturor însuşirilor, în timp şi la acţiunea factorilor de mediu (temperatură, umiditate, şocuri, vibraţii, substanţe chimice, ...) • neinflamabilitate (unele norme impun şi autostingerea), rezistenţă la temperatura de lipire, absorbţie şi adsorbţie a apei minime; • preţ de cost redus. Tehnologie electronică - Curs 9

12. Pentrusuporturilecablajelorflexibile se maiimpun: • flexibilitatebună (rază de curburăminimă sub 1-3 mm); • coeficient de alungire la întinderecâtmaimic (conductoarele de cupru nu suportădecâtalungirifoartemici); • rezistenţă la rupere mare. • Înprezent, pentrusuporturi se folosesc: materialestratificate, folii de maseplasticetermoplasteşitermorigideşimaterialeceramice. Tehnologie electronică - Curs 9

13. Materialepentrusuporturiizolante Cablaje cu găurimetalizate se fabricănumai din materiale cu ţesătură din fibră de sticlă, uzualsticlotextolit. Încompoziţiarăşinii, de regulă, se introducşicantităţimici de materiale de adaos, pentruîmbunătăţireaunorproprietăţi (de exemplupentruneinflamabilitateşiautostingere). Tehnologie electronică - Curs 9

14. Suporturileceramice se fabrică din pastă de oxizi de aluminiuşiberiliu, coaptă la temperaturipeste 1000ºC şi au foartebuneproprietăţielectriceşitermice, rezistenţămecanică mare la întindereşipresare, dar nu rezistă la îndoireşi la şocuri (suntcasante). Suporturileceramice se produc sub formă de plăcuţe de maximum 100x100mm, cu grosimi de 0,8 –3mm şi se folosesc cu precăderepentrucablajerealizateprintehnologii de sinteză. • Suporturilepentrucablajeflexibile se realizează din materialestratificate, din maseplasticetermoplaste (rar) sautermorigide, sub formă de folii cu grosimi de 0,5 – 1,5mm. Foliilestratificate se fac din ţesătură din fibre de sticlăfoarterară, impregnată cu răşinăepoxidicăşi au flexibilitateadestul de bună (razaminimă de curbură circa 2mm). Dintremaseleplasticetermorigide, des folositesuntpoliimidele (Kapton), cu buneînsuşirielectrice (εr = 3,3 –3,7, tgδ = 0,008), termice (rezistă la peste 400ºC) şimecanice (comparabile cu ale foliilorstrati-ficate cu răşinăepoxidică), asigurând o bunăaderenţă a conductoarelor. Mai rar se folosescfoliile din Teflon (politetrafluoretilenă – PTFE). Dintremaseleplasticetermoplaste, se utilizeazăpoliamideleşipoliesteri (PETP – Mylar, ..) Tehnologie electronică - Curs 9

15. Materialepentruconductoareimprimate • Pentruconductoareimprimate, de departecelmaiutilizat material estecuprul cu puritateelectrotehnică (peste 99,5 %). Multmairar se foloseşteargintul (întehnologii de sinteză). • Foaia de cuprupentruacoperireasemifabricatelor placate are grosimi de 5 ... 100μm, dargrosimeaceamaiutilizatăesteînjur de 35μm; grosimilemaimici nu asigurărezistenţasuficientă (conductoarele se desprinduşor de suport, se rup la lipire) şi se folosesccândurmeazăîngroşareaconductoarelorprindepunere de cupru, iargrosimilemaimari nu sunteconomiceşi se utilizeazăpentrucablaje care lucreazăîncondiţiigrele. Tehnologie electronică - Curs 9

16. Materialepentruconductoareimprimate Deoarececuprul se oxideazăfoarterepede, îngreunândlipirea, frecvent se realizeazăacoperiri de protecţie cu metalesaualiajegreuoxidabile (argint, aur) sau care formeazăoxiziuşordizolvabiliîn flux chiar la lipire (staniusaualiaj de lipitstaniuşi plumb). Tehnologie electronică - Curs 9

17. Tehnologii de fabricare a cablajelorimprimate • Întoatetehnologiile, fabricareacablajelorîncepe cu prelucrărilemecanice genera-le: tăiereaplăcilor la formeleşidimensiunilenecesare, executareadecupărilor, etc. Înuneletehnologii se executăşigăurireaurmată de curăţareagăurilor. Întoatetehnologiile, etapaurmătoareprelucrăriimecanice, constăîncurăţareasuportului (placatsau nu) , oriceimpurităţiputândcompromiteaderenţasubstanţelor de acoperireşiînconsecinţăcalitateaprodusului. Curăţarea se face, înfuncţie de suport (placatsau nu) şi de impurificareasuprafeţei, prinabraziune (sablare), atacchimic (acizi), spălare cu solvenţiorganicişiîntotdeauna cu multăapă - celpuţinultimelespălăriestebinesă fie făcute cu apădeionizatăsaumăcardedurificată (substanţele din apă „obişnuită” impurificăsuprafeţele). Uscarea se face, de regulăprinsufla-re cu aercald. Plăciletrebuieutilizateimediatdupăcurăţare (încâteva ore), cupruloxidându-se foarterepede. Tehnologie electronică - Curs 9

18. Tehnologii de fabricare a cablajelorimprimate • O altăetapă, prezentăînmajoritateatehnologiilor, esteimprimareaimaginii (desenului) cablajuluiimprimat, operaţie care constăîntranspunereaimaginiicablajului, la scara 1:1, pesuport (placatsau nu), rezistentă la acizi. Imprimarea se poate face: • în imagine pozitivă, cândsuntacoperitetraseeleviitoarelorconductoareimprimate, sau • în imagine negativă, cândsuntacoperitetraseeleviitoarelorregiuniizolate. • Urmează o serie de prelucrărimecaniceşi/sauchimice care depind de tehnologiautilizată • Întehnologiile care folosescprocedeechimice, dupăultimeletratamentechimice se procedează la decontaminare, adică la îndepărtareaproduselorreacţiilorchimice care s-au depuspesuport, mai ales înregiunileizolante. Decontaminareaconstăînspălărisuccesive, cu solvenţişi/saumultăapă (deionizatăîn final). Tehnologie electronică - Curs 9

19. Tehnologii de fabricare a cablajelorimprimate • În toate tehnologiile moderne, aproape de final se face depunerea unei măşti selective de lipire. Aceasta se realizează prin acoperirea întregii suprafeţe a cablajului, cu excepţia locurilor unde se vor executa lipiri, cu o peliculă de lac, termorezistent, electroizolant. Lacul este translucid (colorat în verde, albastru) şi asigură protejarea conductoarelor în timpul lipirii (nu apar scurtcircuite între conductoare) şi la acţiunea factorilor de mediu. • Adesea, în continuare, se fac inscripţionări cu vopsea pentru identificarea componentelor, punctelor de măsură, etc. • În final, întotdeauna, se face controlul final de calitate, de obicei prin inscripţie vizuală, rareori cu aparatură specială, pentru determinarea întreruperilor, scurtcircuitelor. Tehnologie electronică - Curs 9

20. Tehnologiisubstractive de fabricare a cablajelorimprimate • Tehnologiilesubstractive, celemairăspânditeînprezent, se bazeazăpefolosireasemifabricatelor placate cu foiţe de cupru, peunasauambelefeţeşiîndepărtareacuprului din regiunile care vorfiizolate. Îndepărtareacuprului se face princorodaremecanicăsauchimică. • Corodareamecanică se face prinfrezare, pemaşinicomandate de calculatoare, pe care se executăşigăurile; se obţincablaje cu găurinemetalizate – metalizareagăurilor se poate face ulterior, prinmetodechimiceşielectrochimice. Procedeulnecesităutilajerelativieftine, estecuratiarcablajelesunt de bunăcalitate. Productivitateafiindmică, corodareamecanică se foloseştepentruunicateşiseriimici. • Corodareachimicăestemultmaifolosită, avândproductivitate mare, existandînmultevariante, cu diferitecosturişicalităţi ale cablajelor, înfuncţie de necesităţişitehnologie. Tehnologie electronică - Curs 9

21. Fabricareacablajelorimprimate cu găurinemetalizate, cu conductoarenemetalizate, printehnologiesubstractivă Tehnologie electronică - Curs 9

22. Fabricareacablajelorimprimate cu găurinemetalizate, cu conductoaremetalizate, printehnologiesubstractivă Fabricarea cablajelor imprimate cu găuri nemetalizate, cu conductoare metalizate, prin tehnologie substractivă Tehnologie electronică - Curs 9

23. Cablajele cu găurimetalizatesunt net superioarecalitativfaţă de cele cu găurinemetalizate, darşimultmaiscumpe (cam de 2 ori) - necesităutilajespecialepentrugăurire, procesuldureazămultşiprescripţiiletehnologice (temperaturi, durate, compoziţii ale băilor de tratarechimică) trebuierespectate cu stricteţe. Fabricareacablajelorimprimate cu găurimetalizateprintehnologiesubstractivă Tehnologie electronică - Curs 9

24. Fabricareacablajelormultistratprintehnologiasubstractivă Tehnologie electronică - Curs 9

25. Tehnologiiaditive de fabricare acablajelorimprimate Avantajeletehnologieiaditiveconstauînconsumulmairedus de cupruşicostulmairedus al semifabricatului (nu esteplacat). Dezavantajul major al acesteitehnologiiconstăînaderenţascăzută a conductoarelor la suport, problemăîncănerezolvată. Printehnologieaditivă se pot fabricaşicablajemultistrat (3-4 straturi), după un procedeuasemănătorceluisubstractiv. Tehnologie electronică - Curs 9

26. Fabricareacablajelorimprimateprintehnologii de sinteză • Întehnologia de sintezăconductoareleşiizolantuldintreele se realizeazăprindepunerisuccesive de material, de regulăpesuporturiceramice. • Tehnologiile de sinteză se folosescîndouăvariante: tehnologiapăturilorgroaseşitehnologiapăturilorsubţiri. Tehnologie electronică - Curs 9

27. Tehnologia păturilor groase • Întehnologiapăturilorgroase, conductoareledintr-un strat se obţinprinvopsire cu pastă din sărurimetalicefolosind o mascăserigraficăsau un şablon cu degajărilecorespunzătoaretraseelorconductoare. Dupăreducereprinardere, se obţintraseelemetalice. Izolantul se depune sub formă de pastăceramică (oxizi de aluminiu), umplândspaţiiledintreconduc-toareprinvopsireşiştergere cu racleta. Dupăarderepentruîntărireaceramicii, se trece la formareaurmătoruluistrat. • Dificultăţiaparcândtrebuierea-lizatemultestraturi, deoarece tempera-tura de ardere a ceramiciidintr-un strattrebuiesă fie cu celpuţin 20ºC maimicădecât a ceramicii din stratulprece-dent; estegreusă se realizezesortimen-te de ceramică cu temperaturi de arderediferiteîntr-un interval larg. Tehnologie electronică - Curs 9

28. Tehnologia păturilor subţiri • În tehnologia păturilor subţiri, metalul pentru conductoare şi izolantul ceramic se depun prin evaporarea în vid a substanţei, încălzite la topire. In vid înaintat (sub 10–6torr) moleculele se deplasează rectiliniu, în fascicule moleculare sau ionice. Pentru formarea conductoarelor, în calea fasciculului molecular se intercalează şabloane cu degajări corespunzătoare traseelor conductoare, iar pentru creşterea izolaţiei se folosesc şabloane complementare celor pentru conductoare. • În tehnologia păturilor subţiri nu există practic limite în complexitatea cablajelor şi în numărul de straturi. Dezavantajele procedeului constau în rezistenţa scăzută a conductoarelor şi frecvenţa destul de mare a defectelor de structură, ceea ce duce la un procent de rebuturi destul de mare. În plus, utilajele sunt complexe, scumpe, procesul trebuie foarte bine controlat - de exemplu, este necesară măsurarea în permanenţă a grosimii straturilor depuse. Tehnologie electronică - Curs 9

29. Cablajelerealizateprintehnologii de sinteză permit o foarte mare densitate de componente, care, întotdeauna, se monteazăpesuprafaţă. Frecvent, astfel de cablaje se folosescpentrucircuite integrate hibride (componentele, fărăcapsulă, se monteazăpesuprafaţă, se faclegăturile la terminaleîncastrateînsuport, iaransamblul se înglobeazăînrăşinăşi se încapsuleazăermetic). • Printehnologiehibridă se realizeazăfoarteuşorcomponentepasive - rezistoare (paste saudepuneri de metale cu rezistivitate mare şiajustare la valoare cu laser), bobineşicondensatoare, linii de transmisie plate, etc. Tehnologie electronică - Curs 9