Статьи

Роль радиоэлектронной индустрии в экономике переоценить невозможно. Практически во всех устройствах бытового, промышленного, научного, а также военного назначения присутствуют электронные приборы. Основой таких приборов служит печатная плата, на которой монтируются электрорадиоэлементы (ЭРЭ).

Производство печатных плат в России в основном ориентировано на удовлетворение потребности отечественных разработчиков и производителей электронных приборов и аппаратуры в изготовлении опытных образцов, пилотных партий и небольших серий. Для того чтобы удержаться в конкурентной борьбе, необходимо как минимум поддерживать существующий в мире уровень технологии изготовления стандартных печатных плат, а оптимально — внедрять новые и нестандартные технологии. Поэтому в ЗАО «Центр перспективных технологий и аппаратуры» (ЗАО «ЦПТА») одно из развивающихся направлений — это изготовление печатных плат с алюминиевым теплоотводом. По конструкции это в основном многослойные печатные платы, а также односторонние печатные платы на материалах с алюминиевым основанием (рис. 1).

В статье описаны опыт работы предприятия в области изготовления печатных плат с алюминиевым теплоотводом и одна из сфер применения изделий данного типа.

Рис. 1. Фрагмент односторонней ПП на алюминиевом основании

Рис. 2. Структура материала на алюминиевом основании: 1 — фольга; 2 — диэлектрик; 3 — алюминиевое основание

В общих чертах технологический процесс повторяет процесс изготовления односторонней ПП с паяльной маской и горячим лужением на стеклотекстолите, но имеет некоторые особенности, обусловленные различием физических и химических свойств алюминия и стеклотекстолита:

1. Алюминий — химически активный амфотерный металл, реагирующий как с кислотами, так и со щелочами.
2. Высокая теплопроводность алюминия заставляет изменять режимы при горячем лужении.
3. Свойства алюминия существенно отличаются от свойств стеклотекстолита при механической обработке.

Структура материала представляет собой набор, состоящий из медной фольги, диэлектрика, обладающего низким термосопротивлением, а также алюминиевой основы, что позволяет значительно повысить эффективность теплоотвода в изделиях, где имеют место повышенные локальные или распределенные тепловые нагрузки. Структурная схема материала приведена на рис. 2.

Алюминий хорошо выдерживает даже многократное травление в аммиачно-сульфатном растворе (например, при травлении фольги до 140 мкм). Однако фоторезист может разрушиться над отверстиями, поэтому все монтажные отверстия, проходящие через проводники, следует сверлить во время второй механической обработки. Травление в кислом растворе также возможно при условии защиты алюминия (включая торцы заготовки и технологические отверстия) фоторезистом и химически стойкими красками. Некоторые производители поставляют материал с защитной пленкой на алюминии. Она достаточно химически и термически устойчива, надежно защищает основу в течение всего процесса обработки и может быть удалена после горячего лужения перед второй механической обработкой. Финишное иммерсионное золочение возможно лишь при надежной изоляции алюминия, так как во всех растворах страдает не только металл основы, но и загрязняются ванны с дорогостоящими растворами.

Снятие фоторезиста следует производить в растворе аммиака (1:3) или в фирменных растворах на основе органических аминов. Недопустимо применение растворов едких щелочей, так как алюминий активно растворяется в них.

Химическую подготовку перед горячим лужением нельзя проводить в кислых растворах подтравливания и декапирования по причине растворения алюминия и контактного выделения на нем порошкообразной меди. Для активирования поверхности можно применить кратковременное травление в аммиачном растворе с последующей быстрой промывкой и сушкой.

Высокая теплопроводность алюминия приводит к тому, что при горячем лужении за время погружения, достаточное для лужения обычных плат, медные проводники на поверхности платы не успевают прогреться до температуры плавления припоя (тепло «проваливается» вглубь алюминиевого основания). Простое увеличение времени погружения приводит к высыханию флюса на маске и прилипанию к ней капель припоя. Имеющееся на предприятии ЗАО «ЦПТА» оборудование позволяет осуществлять двойное погружение. Кратковременное первое с последующей выдержкой на воздухе способствует равномерному прогреву всей заготовки с сохранением на поверхности флюса, а второе погружение обеспечивает качественное лужение.

Для механической обработки алюминия необходимы специальный инструмент и нестандартные технологические режимы. При сверлении алюминий (в отличие от стеклотекстолита) как пластичный металл дает непрерывную стружку, навивающуюся на сверло. Следует использовать режим прерывистого сверления для разделения стружки или последовательно повторять программу, постепенно увеличивая заглубление сверла. Режущие кромки инструмента должны быть хорошо заточены, а поверхности отполированы для предотвращения налипания металла.

Обычные фрезы для стеклотекстолита типа «кукуруза» не пригодны, быстро «засаливаются» пластичным алюминием и ломаются.

Фрезеровка по контуру производится двухзаходными фрезами после обрубки контура на гильотине с припуском. Фрезерование криволинейных контуров возможно после предварительной отсверловки с припуском.

Одно из применений печатных плат на алюминиевом основании — это производство светодиодных осветительных систем. Эти работы относятся к одному из пяти приоритетных направлений государственной политики. На федеральном и региональном уровне разработаны и утверждены различные нормативные акты и программы по проблемам энергосбе режения. 23 ноября 2009 г. был принят федеральный закон № 261 «Об энергосбережении о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

Особенно остро стоит проблема энергосбережения в жилищно-коммунальной сфере. В подавляющем большинстве домов в местах общего пользования (подъезды, лестничные площадки, чердачные и подвальные помещения и т. п.) освещение функционирует практически круглосуточно. Расчеты показывают, что при существующих тарифах затраты на освещение только одного подъезда типового жилого дома составляют примерно от 20 до 70 (и более) тысяч рублей в год (в зависимости от типа и этажности дома) и при росте тарифов на электроэнергию постоянно увеличиваются. Инновационной компанией «Консорциум «Перспектива» (членом консорциума является ЗАО «ЦПТА») разработана «Генеральная концепция по модернизации подъездного освещения жилого фонда с целью энергосбережения». Суть концепции состоит в том, что в установленных осветительных элементах люминесцентные лампы заменяются светодиодными модулями (рис. 3) в комбинации с датчиками присутствия, включающими светильники только в темное время суток и только при появлении человека.

Рис. 3. Фрагмент светодиодной линейки для подъездного освещения

Рис. 4. После модернизации. Светодиодный светильник ИНТЭЛС-16

Уже реализованы три пилотных проекта по модернизации подъездного освещения (один в районе Сокол САО г. Москвы, рис. 4).

Эффект от модернизации подъездного освещения жилого фонда заключается в следующем (рис. 5):

• экономия электропотребления;
• высвобождение мощности для современного бытового использования населением (СВЧ-печи, посудомоечные машины и т. п.);
• увеличенный срок службы (свыше 10 лет);
• сокращение расходов на эксплуатацию;
• реализация эффективных интеллектуальных систем управления освещением типа «умный дом»;
• предотвращение загрязнения окружающей среды соединениями ртути и тяжелых металлов, содержащихся в люминесцентных источниках света.

Рис. 5. Расчетный вариант эффективности пилотного проекта модернизации освещения подъезда типового 9-этажного дома

Ведутся переговоры о заключении договоров с руководителями префектур г. Москвы, административных образований Московской и Тульской областей, управляющими компаниями. В планах консорциума — заявить и показать свои возможности в течение 2010 г., подготовить и заключить договоры на модернизацию и установку светодиодных светильников собственного производства на 2011 г. По оценке специалистов, пик внедрения светодиодных светильников придется на 2011–2015 гг.

Источник: http://www.tech-e.ru