CC BY
59Компоненты и технологии, № 4'2004
Полимеризационное наполнение:
новые технологии, контрафактные предложения
С тех пор, как в нашем журнале была опубликована статья о принципиально новой отечественной технологии влагозащиты печатного монтажа путем полимеризационного наполнения, прошло два года. За это время выяснилось, что технология может найти применение в различных областях техники, а также может быть украдена различными способами...
Владимир Уразаев
Преамбула
Ранее в журнале «Компоненты и Технологии» была опубликована статья о принципиально новой отечественной технологии влагозащиты печатного монтажа [1]. Было показано, что диэлектрические характеристики стеклотекстолита можно улучшить непосредственно в печатной плате (ПП). Для этого предлагалось использовать технологию, названную автором полимеризационным наполнением. Суть технологии заключается в заполнении макро- и микродефектов структуры стеклотекстолита жидкими безрастворными композициями, способными по-лимеризоваться при термообработке в объеме стеклотекстолита и отказывающимися делать то же самое на его поверхности. Тем самым гарантировалось отсутствие «загрязнений» на поверхности контактных площадок и металлизированных отверстий под последующую пайку компонентов. Физико-технические характеристики стеклотекстолита в ПП после полимеризационного наполнения значительно превышали тот уровень, который был реализован в исходном стеклотекстолите. В частности, уменьшалась пористость, значительно снижалось водопоглощение, на порядки увеличивался уровень сопротивления изоляции при испытаниях в условиях воздействия влаги.
Прошло два года. Жизнь не стоит на месте. Появилось много нового как в технике, так и вокруг нее.
Мы пойдем своим путем
Когда-то рельефные ПП были экзотикой. Сейчас же они, как это ни странно, практически используются и в очень даже ответственных изделиях.
Разработчики рельефных ПП, а авторами большинства конструкций и технологий их изготовления являются А. В. Богданов и Ю. А. Богданов, прежде всего, видят в них альтернативу многослойным ПП [2, 3]. Достоинства и недостатки обоих типов ПП до сих пор являются предметом дискуссии. Однозначно можно сказать лишь то, что рельеф-
ные ПП уступают многослойным ПП по быстродействию, но превосходят их по теплопроводности.
Рельефная ПП представляет собой диэлектрическое основание, в которое углублены медные проводники, выполненные в виде металлизированных канавок, и сквозные металлизированные отверстия, имеющие форму двух сходящихся конусов. Канавки и отверстия заполняются припоем. Расположение проводников в углублениях позволяет при том же сечении проводника делать его более узким. Диаметр переходных металлизированных отверстий на поверхности диэлектрического основания не превышает ширины проводника. При этом контактные площадки вокруг переходных отверстий отсутствуют. Это позволило резко повысить плотность печатного монтажа. Плотность размещения элементов на двухсторонней рельефной ПП эквивалентна 6-14 слоям многослойных ПП. По данным разработчиков, в настоящее время отработаны технологии изготовления рельефных ПП с минимальным шагом трассировки проводников 0,254 мм, с шириной проводника 0,125 мм и диаметром металлизируемых отверстий межслойных переходов
0,1-0,12 мм. Технологии изготовления рельефных ПП обеспечивают формирование проводящего рисунка в канавках и переходных отверстиях как единого целого. Поэтому металлизируемые переходы в рельефных ПП не понижают, а повышают надежность ПП. По этой же причине рельефные ПП допускают многократную перепайку устанавливаемых на них микросхем.
Теперь поясню, почему мною ранее было использовано слово «странно». Диэлектрическую подложку рельефных ПП можно изготавливать различными методами и из различных материалов. Но в России в силу каких-то неведомых мне причин прижились рельефные ПП, изготавливаемые методом фрезерования. А в качестве подложки был выбран обыкновенный стеклотекстолит.
Проблемы, обусловленные этим выбором, просматривались априори. Одна из проблем — влагостойкость. Поскольку при фрезеровании канавок
е
Компоненты и технологии, № 4'2004
Таблица. Результаты испытаний рельефных печатных плат, изготовленных с использованием полимеризационного наполнения.
Сопротивление изоляции, МОм
№ печатной платы № цепи В нормальных условиях После испытаний на влагостойкость
Без наполнения С наполнением Без наполнения С наполнением
41-225 150 120
61-228 более 10000 более 10000
1-230 более 10000 более 10000
11-232 во всех цепях 9000 во всех цепях 70
1 27-250 от 0,4х10-6 более 10000 от 0,4х10-6 1000
36-269 до 0,6x10 6 более 10000 до 0,6х 10 6 170
39-271 более 10000 1000
272-259 более 10000 более 10000
242-261 более 10000 9000
41-225 более 10000 80
61-228 более 10000 более 10000
1-230 300 более 10000 2000
11-232 в остальных цепях более 10000 во всех цепях более 10000
2 27-250 от 0,4х10-6 более 10000 от 0,4х10-6 более 10000
36-269 до 0,6x10 6 более 10000 до 0,6х 10 6 более 10000
9-271 более 10000 3000
272-259 2000 1200
242-261 более 10000 5000
41-225 более 10000 более 10000
61-228 более 10000 2000
1-230 более 10000 1600
11-232 более 10000 8000
3 27-250 более 10000 8000
36-269 более 10000 8000
39-271 более 10000 1600
272-259 более 10000 1200
242-261 более 10000 1000
41-225 более 10000 1200
61-228 более 10000 800
1-230 более 10000 800
11-232 более 10000 1200
4 27-250 более 10000 2000
36-269 более 10000 2000
39-271 более 10000 900
272-259 более 10000 1000
242-261 более 10000 500
Примечания:
1. Условия испытаний на влагостойкость: температура 25 °С, относительная влажность воздуха 95%, время 1 ч.
2. В печатных платах № 1, 2 полимеризационное наполнение проводилось на финишной стадии.
3. В печатных платах № 3, 4 полимеризационное наполнение проводилось на стадии, предшествующей формированию токопроводящего рисунка.
вскрывается и частично нарушается капиллярно-пористая структура слоистого пластика, а слои наполнителя (стеклоткань) сориентированы преимущественно вдоль поверхности листа, то токовые утечки между углубленными проводниками через объем диэлектрической подложки на порядок и более превышают таковые, происходящие по поверхности печатных плат. Особенности технологии изготовления рельефных ПП принуждают технологов проводить дополнительную механическую обработку поверхности стеклотекстолита (зашкуривание и др.). Это так же не способствует повышению их влагостойкости.
И самое главное, как только речь заходит о микроминиатюризации рельефных ПП, возникает тупиковая ситуация. При уменьшении зазора между проводниками фрезерование канавок сопровождается даже продергиванием фрагментов стеклоткани. Производство таких рельефных ПП превращается в бессмысленное расходование материальных и финансовых ресурсов. Выход годных ПП близок к нулю. Основные причины отхода:
• замыкания на стадии химико-гальванической металлизации из-за иглоподобных разрастаний проводников;
• замыкания при термооударах (оплавление покрытия проводников, групповая пайка ЭРЭ).
По последней причине практически все технологии изготовления рельефных ПП основаны на заполнении канавок проводников далеко не лучшим легкоплавким сплавом Розе.
Тупиковая ситуация возникла благодаря тому, что разработчики рельефных ПП пошли своим путем. Своим путем пошел когда-то и я, пытаясь совсем не так, как все цивилизованные люди, решить задачу обеспечения влагостойкости печатных плат. И если объединить два нетрадиционных пути, то может получиться тот самый «синергический» эффект, который ставят во главу угла специалисты-патентоведы, оценивая изобретательский уровень технических решений. Посмотрев результаты испытаний рельефных ПП, изготовленных с использованием полимеризационного наполнения, слово «может» можно смело убрать (табл. 1).
Повторюсь и вновь скажу, что, как это ни странно, но полимеризационное наполнение позволяет повысить уровень сопротивления изоляции в рельефных ПП от долей ом до значений, вполне приемлемых с точки зрения требований государственных стандартов и прочих нормалей (на 10 порядков и более).
Чудесные превращения можно объяснить, если исходить из установленного ранее факта: чем хуже стеклотекстолит, тем выше эффективность полимеризационного наполнения. Причина в том, что один и тот же механизм капиллярного заполнения пористости ответственен как за проникновение влаги, снижающей уровень сопротивления изоляции, так и за эффективность наполнения. С другой стороны столь высокая эффективность полимеризационного наполнения, скорее всего, свидетельствует в пользу электролитной природы очень низкого (близкого к короткому замыканию) исходного уровня сопротивления изоляции в цепях многострадальных рельефных ПП.
К сожалению, чудеса происходят не во всех случаях. А как же быть с микроминиатюризацией? Поклонники нанотехнологий могут использовать иной вариант полимеризаци-онного наполнения — на стадии, предшествующей формированию токопроводящего рисунка. В этом случае попадание в цель стопроцентное, да еще и со сплавом Розе можно распрощаться!
Они жили вместе долго и счастливо
А теперь о решении очередной практической задачи. Проблема появилась на стыке интересов производителей ПП и тех, кто занимается их влагозащитой в общепринятом смысле этого слова. Точнее, речь идет о пограничной полосе между поверхностью печатной платы и полимерным покрытием, за которую не хотят и не могут отвечать ни те, ни другие. Большие (гигаомные) сопротивления и раньше неуютно чувствовали себя на этой нейтральной полосе. Рабочие токи в высокоомных цепях сопоставимы с паразитными токами утечек по поверхности стеклотекстолита. Переход на 8МБ-мон-таж серьезно усугубил эту проблему, значительно (многократно) уменьшив расстояние между ножками резисторов. Как быть?
Базовая технология полимеризационного наполнения частично решает эту проблему, «усиливая» поверхностный слой стеклотекстолита и вследствие этого уменьшая токовые утечки через поверхностный слой стеклотекстолита.
Кардинально решить эту проблему, и не только ее, могут два новых способа вла-гозащиты печатных плат, основанных также на полимеризационном наполнении. Распределение полимера-наполнителя, «усиливающего» стеклотекстолит, по толщине ПП в базовой технологии и в этих способах показано на рисунке.
Как их получить? Это не такие уж и сложные задачи. Для того чтобы реализовать второй способ, достаточно знать, что композиции, используемые для полимеризационно-го наполнения, способны проникать и через полимерные покрытия. Расшифровать последовательность операций в первом способе чуть сложнее. Попробуйте. По моему мнению, наличия могучего интеллекта это не требует. Более того, изобретать уже изобретенное всегда было проще.
е
Компоненты и технологии, № 4'2004
Базовая технология
Способ 1
Способ 2
0
©
Рисунок. Способы влагозащиты печатных плат
Какая же связь между этими графиками и решением конкретной задачи? Любознательные химики подобно звеньям обыкновенной цепи сумели продеть кольцо одной молекулы внутрь кольца другой молекулы. Такие химические соединения были названы катенанами [4]. Не менее любознательные химики научились получать полимерные смеси, в которых трехмерная сетка одного полимера пронизывает трехмерную сетку другого полимера. Если я скажу, что эпоксидная полимерная матрица стеклотекстолита — трехмерная полимерная сетка, полимерное покрытие в большинстве случаев — тоже трехмерная полимерная сетка, а полимеризация композиции идет также с образованием трехмерной полимерной сетки, то, думаю, дополнительные комментарии не нужны. Полимеризуясь и здесь и там, композиция связывает неразрывными узами в единое целое полимерное покрытие и стеклотекстолит. И они «будут жить вместе долго, счастливо и умрут в один день».
Если же посмотреть со стороны, то решение частной практической задачи позволило создать новые универсальные способы вла-гозащиты, превосходящие базовую технологию во многих отношениях. Из этих же самых графиков следует, что при реализации новых способов влагозащиты, кроме того:
• повышается эффективность «усиления» стеклотекстолита;
• происходит «усиление» и влагозащитного полимерного покрытия.
На мой взгляд, перспективы этих способов можно только недооценить. Дело за малым — остается воплотить их в жизнь.
Музей жульничества
В последнее время у всех на устах сочетание двух слов: инновация и коммерциализация. Дан приказ на инновационный путь развития. Иначе не видать нам удвоения ВВП за 10 лет как своих ушей.
Коммерциализация научно-технических разработок в России — задача из разряда су-
персложных. В умах наших соотечественников образовалась гремучая смесь из понятий, относящихся к советскому прошлому, приправленная не самыми лучшими достижениями капитализма. Из советских времен перешло стойкое убеждение, что за информацию не нужно платить. Изобретения — собственность государства, а значит, принадлежат всем. Изменились времена. Появилось понятие интеллектуальная собственность. И за информацию вдруг стали просить деньги. А деньги такая вещь, что их всегда мало и всегда жалко. Как быть? Да проще всего — украсть.
Изобретателю не позавидуешь. Чрезвычайно сложно доказать эффективность своего оригинального технического решения, не раскрывая его сути. Часто бывает так, что решить эту задачу гораздо сложнее, чем создать само техническое решение. Этим и пользуются потенциальные «покупатели».
С техникой до сих пор я был «на ты». Без проблем могу грамотно защитить и любое свое, да и не только свое, техническое решение. А вот с коммерциализацией, увы... Думаю, что я не одинок. К сожалению, «три в одном» встречается очень редко. Поэтому и приглашаю своих «коллег» на презентацию музея жульничества. Посещение такого музея будет вам полезно.
Представляю наиболее яркие экспонаты моего музея.
Экспонат № 1
Ведет длительную переписку, переговоры. Выясняет все мыслимые и немыслимые нюансы. В конце концов оказывается, что для него любая цена продажи технологии, которая превышает стоимость бутылки «Столичной», выходит за пределы разумного. Этот экспонат самый безобидный. Он ворует преимущественно только время.
Экспонат № 2
Ставит конкретную задачу. Получает конкретное патентоспособное решение и предложение совместно его реализовать. Получает опытные образцы и. без ума от радости,
что такое счастье привалило, уходит в вечность.
Экспонат № 3 (боец невидимого фронта)
Говорит, что ему очень надо и за ценой не постоит. Нужно только убедиться, что это работает. Получает опытные образцы. Убеждается в эффективности, да еще какой! Выясняет все особенности технологии. По официальной версии работает в рамках подготовки к заключению договора. По неофициальной версии — лихорадочно пытается самостоятельно реализовать технологию, используя услуги «бесплатного» консультанта. На финише... сам предлагает на рынок «контрафактную» технологию.
Считаю своим долгом предупредить потенциальных покупателей и «разработчиков» таких технологий, что основа полиме-ризационного наполнения — глубокие научные исследования. Технология проста и одновременно сложна. Не мудрено получить и обратный результат. И ваши ракеты будут летать примерно так же, как и во время последних учений в Баренцевом море.
Базовая технология полимеризационно-го наполнения печатных плат — целый комплекс оригинальных технических решений (около десятка изобретений). К сожалению, защита этих изобретений не самая лучшая — авторские свидетельства. Время было такое. Был один патент, но дефолт 1998 года окончательно развеял мои надежды на возрождение российской экономики. В результате от патента, по заявлению специалистов с Бережковской набережной, осталось только вечное авторское право. К этому могу добавить, что остались еще и многочисленные «ноу-хау». Между описанием изобретения и реальной технологией — дистанция огромного размера!
Я за сотрудничество, но в цивилизованных рамках [5]. Приведенные в этой статье новые технологии патентуются. Конечно, есть вероятность, что какие-то из них не будут признаны изобретениями. В таком случае будем считать, что я их просто подарил уважаемым читателям. Как поступать с остальными? Ответ прост — как с объектами интеллектуальной собственности [6]. ЖЯ
Литература
1. Уразаев В. О проблеме влагостойкости печатного монтажа // Компоненты и Технологии. 2002. № 4.
2. http://www.pcbfab.ru/typepcb/typepcb_relief. html.
3. Алферов А., Богданов А., Богданов Ю. Преимущества двухсторонних рельефных печатных плат // Электронные компоненты. 2001. № 5.
4. Химическая энциклопедия: в 5 т. / Под ред. Кнунянца И. Л. М.: Советская энциклопедия. 1990. Т. 2.
5. http://www.Urazaev.narod.ru.
6. Патентный закон Российской Федерации от 23 сентября 1992 г. № 3517-1 // Ведомости Съезда народных депутатов Российской Федерации и Верховного Совета Российской Федерации. 1992. № 42.
