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.