Обоснование выбора материалов для изготовления коммутационной платы
Одним из перспективных конструкторско-технологических вариантов исполнения внутриблочных соединений является применение многослойной гибкой МПКП.
Способность неоднократно изгибаться и свертываться в трех плоскостях, принимать форму корпуса сложной конфигурации, малые толщины и, соответственно, малая масса, повышенная ударопрочность - вот далеко неполный перечень преимуществ применения гибких МПКП в МЭА. Особенно очевиден эффект применения многоуровневых гибких плат в качестве межъячеечной и межблочной коммутации взамен навесных проводников, плетеных ремней, круглых и плоских кабелей.
В настоящее время при разработке изделий с гибкими МПКП выделились несколько их конструкторско-технологических направленностей, определяемых дальнейшим повышением требований и монтируемых компонентов в устройствах МЭА:
- использование тонкопленочной технологии для создания коммутационных элементов гибких МПКП, включая фотолитографию и вакуумное осаждение пленок;
- комбинированное применение гибких и жестких плат;
- использование в качестве жестких плат металлических оснований, покрытых слоем диэлектрика, как конструкционного материала, который наиболее эффективно обеспечивает жесткость конструкций и теплоотвод от компонентов при эксплуатации аппаратуры.
Эти конструкторско-технологические направленности, связанные с развитием техники монтажа МЭА и предъявляют ряд специфических требований к выбору материала гибких оснований, к технологическим операциям при изготовлении плат и МСБ на их основе. Материалы гибких полимерных плат для МСБ и ячеек МЭА прежде всего должны обладать высокими удельными объемными и поверхностными сопротивлениями, низкой диэлектрической проницаемостью для уменьшения паразитных связей между элементами схем.
По физико-механическим свойствам материал гибкого основания должен обеспечивать:
- высокую механическую прочность при малой толщине платы;
- хорошую теплопроводность;
- достаточную тепловую, химическую и радиационную стойкость, размерную стабильность;
- ТКЛР, близкий к ТКЛР материалов, наносимых на основание платы для уменьшения внутренних механических напряжений в структуре.
Кроме того, важными технологическими характеристиками гибких полимерных плат следует считать:
Сравнительная характеристика плат, изготовленных по различным технологиям
Таблица 1
| Разновидности конструкторско- технологических вариантов коммута-ционных плат | Плотность разводки на всем поле, линий/мм | Число слоев комму- тации | Максимальные размеры платы, мм | Удельное максимально допустимое тепловы-деление, Вт/см2 | Механическая прочность (относит.) | Ремонтоспособность, (относит.) | Контроль | |
| Многослойные печатные платы | 0,3-1, 0 | 2-12 | 500 x 500 | 0,02 | 0,2 | 0,5 | Электрический и по внешнему виду | |
| Многослойные керамические платы (пакетная и толстопленочная технологии) | 1-2 | 2-30 и более | 30 x 24 и более | 0,3 | 1,0 | 0,5 | -’’- -’’- | |
| Платы, изготовленные по толстопленочной технологии (с послойным наращиванием) | 1-1 | 2-6 | 60 x 48 и более | 0,1 | 1,0 | 1,0 | ||
| Платы, выполненные по тонкопленочной технологии | 3-5 | 2-4 | 60 x 48 | 0,05 | 0,5 | 1,0 | -’’- | |
| Платы, изготовленные с применением полиимидной пленки на анодированном алюминии (пакетная и тонкопленочная технологии) | 2-15 и более | 100 x 100 и более | 0,5 | 10,0 | 1,0 | Только по внешнему виду | ||
- возможность избирательного травления;
- прочность на разрыв, растяжение, изгиб;
- стойкость к трению;
- минимальный объем газовыделений в вакууме при высоких температурах.
Перечисленным требованиям наиболее полно удовлетворяет полиимидная пленка, для которой наряду с высокой прочностью на растяжение, хорошими изоляционными свойствами, химической стойкостью, несгораемостью характерен ряд свойств, которые делают ее незаменимой в производствах КП, связанных с вакуумным осаждением пленок и процессами травления. Это, прежде всего, наиболее высокая среди полимеров температурная устойчивость (пленка не теряет гибкости при температурах жидкого азота и, в то же время, выдерживает температуры до 673К), отсутствие существенных газовыделений в вакууме до температур 473-523 К, высокая радиационная устойчивость и способность к однородному травлению в сильных щелочных средах.
Полиимидная пленка относится к классу линейных полимеров.
Промышленный полиимид получают двухстадийной поликонденсацией ангидридов ароматической четыреэоосновной карбоновой кислоты и ароматических диаминов, в результате которой образуется промежуточный продукт высокомолекулярная линейная полиамидокислота. Эта кислота затем обезвоживается в определенных условиях, при этом внутри ее молекул происходит циклогидратация и получаются линейные полимерные имиды. В зависимости от задаваемой степени циклизации, полиимидные пленки имеют различные электрофизические, химические, механические и др. характеристики, например, растворимость в щелочных растворах, усадку при термообработках, пластичность, удельное электрическое сопротивление и т.д., что позволяет использовать их в разнообразных областях промышленности. В промышленности применяется полиимидная пленка марки ПМ толщиной 30-120 мкм. Она не растворяется ни в одном растворителе, а также в кислотах, но менее устойчива в щелочных растворах, поэтому при формировании рисунка коммутации на ее поверхности, либо рисунка для получения в ней отверстий применяют негативный фоторезист.