Спосіб виготовлення друкованої плати з термокомпенсацією

Спосіб відноситься до радіоелектроніки, а саме до технологічних способів виготовлення термокомпенсованих друкованих плат, які піддаються дії теплових, ударних і вібраційних навантажень. Відомий спосіб виготовлення друкованої плати [1], в якому на одну сторону почергово наносять комбінації шарів діелектричного і провідних шарів, крім того, провідні шари для поліпшення теплового коефіцієнта лінійного розширення плакіруються. Недоліком такого способу є те, що узгодження теплового коефіцієнту лінійного розширення елементів з поверхневим монтажем, розміщених на комутаційній друкованій платі і комутаційної плати, здійснюється виключно за рахунок використання металів з низьким коефіцієнтом лінійного розширення, крім того, недоліком способу є складність формування структури і виготовлення, велика собівартість за рахунок використання коштовних матеріалів (інвар, молібден та інші). Відомий також спосіб виготовлення друкованої теплопровідної комутаційної плати для термоелектричних пристроїв [2], в якому на одну сторону металевої основи за допомогою теплопровідного клею припресовують комутаційну друковану плату. Недоліком такого способу є відсутність термокомпенсації, а також утворення після пресування при високій температурі в плівковому клеї крихкості, що приводить до його розтріскування, появленню тріщин, розколюванню. Найбільш близьким по технічній суті до запропонованого способу є спосіб виготовлення друкованої плати [3], який включає утворення її структури шляхом нанесення і приклеювання, що найменше, на одну сторону металевої основи еластичного матеріалу з наступним розміщенням і приклеюванням на нього матеріалу з високими діелектричними параметрами з наступним нанесенням на нього електропровідного матеріалу і приклеювання його, формування рисунка друкованої плати на електропровідному матеріалі. В такому способі термокомпенсація здійснюється за рахунок зменшення механічних напруг в структурі плати. Недоліком відомого способу є: - висока трудоємність за рахунок використання технології пошарового нарощування шарів і складність поопераційного контролю за технологією процесу; - складність технологічного процесу за рахунок використання рідинних компонентів ізоляційних шарів, розкид температурних і годинних режимів в процесі формування кожного шару; - неможливість виконання паралельно технологічних операцій; - невисокий процент виходу придатних плат; - низька надійність плат в процесі експлуатації обумовлена зниженням надійності паяних з'єднань під час термоциклювання по причині того, що в процесі термоциклювання зменшуються термокомпенсуючі властивості плати за рахунок того, що під час перебування в мінусовій зоні відбувається окрихчення еластичного матеріалу, особливо при використанні безкорпусної елементної бази і матеріалу металевої основи плати з високим коефіцієнтом лінійного розширення (наприклад, алюміній). В основу винаходу поставлено задачу удосконалити спосіб виготовлення друкованої плати з термокомпенсацією, шляхом зміни технології, яка дозволить використовувати в технологічному процесі стандартне обладнання і технологію виготовлення двосторонніх і багатошарових друкованих плат, здійснювати паралельно операції виготовлення друкованих плат, металевих основ і формування рисунка, а також забезпечити термокомпенсацію між металевою основою, комутаційною друкованою платою і керамічним матеріалом елементної бази, розміщеній на друкованій платі, що дозволить підвищити технологічність, вихід придатних др укованих плат, розширити експлуатаційні можливості за рахунок застосування друкованих плат в умовах дії теплових, ударних і вібраційних навантажень при підвищених температурах при збереженні високої надійності. Поставлена задача вирішується тим, що в способі виготовлення друкованої плати з термокомпенсацією, який включає утворення її структури шля хом нанесення, щонайменше, на одну сторону металевої основи еластичного матеріалу з наступним розміщенням на ньому матеріалу з високими діелектричними параметрами, формування рисунка друкованої плати на електропровідному матеріалі, згідно винаходу, формування рисунка здійснюють окремо, що. найменше, на односторонній друкованій платі з наступним встановленням її на матеріал з високими діелектричними параметрами, а між металевою основою і еластичним матеріалом з однієї сторони і еластичним матеріалом і матеріалом з високими діелектричними параметрами з другої сторони розміщують адгезив і з'єднують утворену стр уктур у між собою шляхом дії на неї температури і тиску, при цьому матеріал з високими діелектричними параметрами має теплопровідність в межах 0,8-2,5Вт/м К, а в якості еластичного матеріалу використовують матеріал з модулем пружності в межах 15Мпа¸20Гпа в діапазоні температур +150°¸ -200°С. Крім того, в якості матеріалу з високими діелектричними параметрами використовують матеріал стійкий до дії органічних розчинників. Формування рисунка окремо, що найменше, на односторонній друкованій платі, а також виготовлення і застосування окремо один від одного шарів еластичного матеріалу і матеріалу з високими діелектричними параметрами і почергове їх розміщення на металевій основі з наступною дією на них температури і тиску дозволяє паралельно здійснювати операції виготовлення друкованих плат, здійснювати їх поопераційний контроль, що приводить до зниження собівартості техпроцесу, підвищує процент виходу придатних друкованих плат, спрощує те хнологічний процес, а також підвищує надійність друкованих плат. Використання в якості еластичного матеріалу з модулем пружності в межах 15Мпа¸20Гпа в діапазоні температур +150°¸ -200°С дозволяє зменшити механічні напруження в структурі плат при зміні температурних режимів в умовах експлуатації, що дозволяє підвищити надійність і розширити експлуатаційні можливості, використовува ти друковані плати в умовах дії теплових, ударних і вібраційних навантажень при підвищеній температурі оточуючого середовища. Використання в якості матеріалу з високими діелектричними параметрами матеріалу стійкого до дії органічних розчинників дозволяє використати друковані плати при дії різних реагентів, наприклад, дизельне пальне, бензин, керосин, масла Галол, рідинні антифризи, різні засоби дегазації, дезактивації, дезінфекції і т.п., що підвищує надійність друкованої плати з термокомпенсацією. Таким чином, запропонований спосіб виготовлення друкованої плати з термокомпенсацією забезпечує високу ступень термокомпенсації між металевою основою, комутаційною друкованою платою і керамічним матеріалом елементної бази, розміщеній на друкованій платі, одночасно захищаючи друковану плату від дії органічних розчинників, що підвищує її якість, розширює експлуатаційні можливості при дії теплових, ударних і вібраційних навантажень при підвищених температурах, підвищує надійність друкованої плати в цілому. Технічний ефект винаходу полягає в розширені експлуатаційних можливостей, збільшені виходу придатних плат, надійності плати і застосування її в радіоелектронній апаратурі при дії ударних і вібраційних навантажень при підвищених температурах, при дії атмосферних опадів і інших шкідливих середовищ. Вибір матеріалу з високими діелектричними параметрами в межах 0,8-2,5Вт/м К обґрунтований тим, що матеріал, теплопровідність якого менше 0,8Вт/м К, не забезпечує теплопровідності плати в цілому, а застосування матеріалу, теплопровідність якого більше 2,5Вт/м К, не доцільна за рахунок високої собівартості при незначному збільшені теплопровідності плати в цілому. Використання еластичного матеріалу з модулем пружності менше 15Мпа не забезпечує достатню жорсткість структури плати в цілому, а при більше 20Гпа модуль пружності еластичного матеріалу наближається до модуля пружності металевої основи, що приводить до втрати термокомпенсації в платі в цілому. На Фіг.1 зображений розріз структури пакета односторонньої друкованої плати з термокомпенсацією; на Фіг.2 - розріз структури пакета з однією двосторонньою друкованою платою; на Фіг.3 - розріз структури пакета з двома односторонніми друкованими платами; на Фіг.4 – розріз структури пакета з однією односторонньою і однією двосторонньою друкованими платами; на Фіг.5 - розріз структури з двома двосторонніми друкованими платами; на Фіг.6 - розріз структури пакета з однією багатошаровою платою; на Фіг.7 - розріз структури пакета з двома багатошаровими платами; на Фіг.8 - розріз структури пакета з теплопровідними стовпчиками і перехідними отворами; на Фіг.9 - розріз структури пакета з двома односторонніми платами і перехідними отворами. Спосіб здійснюється наступним чином. Приклад 1. Утворюють структур у шля хом збирання пакету заготовок в наступному порядку (Фіг.1, 2, 6, 8): металева основа 1 (наприклад, алюмінієвий сплав марки АМг2 ГОСТ21631-76), адгезив 5 на акриловій, епоксидній або каучуковій основі, еластичний матеріал 2 (наприклад, поліамідна плівка ППС ТУЗ491-1136290-002-97), адгезив 5, матеріал з високими діелектричними параметрами 3 (наприклад, теплопровідний електроізоляційний клей ТПК-69 АУЭО.028 021 ТУ), попередньо виготовлена одностороння (Фіг.1), двостороння (Фіг.2), багатошарова (Фіг.6) друковані плати 4 виготовлені по стандартній технології (наприклад, субтрактивній ОСТІ07.460092.004.01-86), після чого пресформу з пакетом піддають термокомпресії при тиску 15¸20кг/см 2 і температурі +150°¸ +190°С протягом 1-3 годин, в процесі чого відбувається пом'якшення матеріалів 2,3,5 з одночасною дифузією їх між собою, після чого пакет витримують до охолодження, внаслідок чого відбувається жорстке з'єднання всіх елементів пакета між собою із збереженням ними своїх властивостей (діелектричні і теплові властивості). Для покращення теплових режимів елементної бази, розміщеної на друкованій платі з термокомпенсацією, в друкованих платах 4 виконують перехідні отвори 6 (Фіг.8, 9). В платах з термокомпенсацією з розміщеними на них потужними енергонавантаженими елементами необхідно забезпечити високу ступень термокомпенсації шляхом збільшення еластичного шару 2, але збільшення шару 2 приводить до погіршення теплопровідності плати з термокомпенсацією, для усунення цього недоліку в платах 4 формують отвори 7, а в еластичному матеріалі 2 - отвори 8 (Фіг.8), що при дії температури і тиску при термокомпресії сприяє утворенню теплопровідних стовпчиків 9 (Фіг.8), забезпечуючи відведення тепла від енергонавантажених елементів безпосередньо на металеву основу 1. Такий спосіб може бути використаний при виготовлені друкованих плат з термокомпенсацією з використанням односторонньої друкованої плати 4 (Фіг.1) на металевій основі товщиною ³4мм, що дозволяє використовува ти в якості тепловідводу стінки радіоелектронних блоків. Наприклад, в якості металевої основи 1 використовується стінка радіоелектронного блоку з алюмінієвого сплаву марки АМг-2 ГОСТ21631-76 товщиною 5мм, в якості еластичного матеріалу 2 плівка поліамідна марки ППС ТУ3491-1136290-002-97, в якості матеріалу 3 з високими діелектричними параметрами теплопровідний електроізоляційний клей ТПК-69 АУЭО.028.021ТУ, а в якості матеріалу попередньо виготовленої друкованої плати 4 склотекстоліт СТФ-1 або СТФ-2 ТУ16-503.161-83 товщиною 0,23мм. Приклад 2. Утворюють структур у шляхом збирання пакету заготовок (Фіг.9) в наступному порядку: попередньо виготовлена друкована плата 4, в якій виконані перехідні отвори 6, матеріал стійкій до дії органічних розчинників 3, адгезив 5, еластичний матеріал 2, адгезив 5, металева основа 1, адгезив 5, еластичний матеріал 2, адгезив 5, матеріал стійкий до дії органічних розчинників 3, попередньо виготовлена друкована плата 4, в якій виконані перехідні отвори 6. Пакет піддають термокомпресії при тиску 15-20кг/см 2 і температурі +150°¸ +190°С протягом 1-3 годин. При дії температури і тиску в процесі термокомпресії матеріал 3 з високими діелектричними параметрами, стійкий до дії органічних розчинників, пом'якшується і заповнює перехідні отвори 6 і торці 10 друкованої плати з термокомпенсацією, захищає адгезив 5 від дії зовнішніх факторів. Наприклад, в якості матеріалу металевої основи 1 може бути використаний алюмінієвий сплав марки АМг ГОСТ21631-76 товщиною 2-3мм, в якості еластичного матеріалу 2 - поліамідна плівка ППС СТУ3491-1136290002-97, в якості матеріалу з високими діелектричними параметрами стійкого до дії органічних розчинників 3 СТП-СТАП ТУ87 И79 0007.001ТУ, в якості матеріалу попередньо виготовленої друкованої плати 4 стеклотекстоліт СТФ2 ТУ 16-503161-83 товщиною 0,23мм, адгезив 5 на акриловій, епоксидній або каучуковій основі. Література. 1. Патент США №4882454, кл. Н05К1/00,1989р. 2. А.С. СРСР №1664090, кл. H01L35/34,1989р. 3. Патент США №4677252, кл. Н05К1/05,1987р.