ТСА 3. Печатные платы Печатная плата
 Скачать 1.71 Mb.
|
|
Печатные платы Печатная плата (англ. printed circuit board, PCB) — пластина из диэлектрика, на поверхности и/или в объеме которой сформированы электропроводящие цепи электронной схемы. Печатная плата предназначена для электрического и механического соединения различных электронных компонентов. Печатная плата — материал основания, вырезанный по размеру, содержащий необходимые отверстия и, по меньшей мере, один проводящий рисунок. Проводящий рисунок — рисунок, образованный проводниковым материалом ПП (совокупность печатных проводников, контактных площадок и печатных элементов электронной схемы). Основание ПП — элемент конструкции ПП, на поверхности или в объеме которого выполняется проводящий рисунок. Печатный проводник — отдельная токопроводящая полоска или площадка в проводящем рисунке. Контактная площадка ПП — часть проводящего рисунка, используемая для соединения или подсоединения элементов радиоэлектронной аппаратуры. Монтажное отверстие ПП — отверстие, используемое для соединения выводов навесных элементов с ПП, а также для любого электрического подсоединения к проводящему рисунку. Металлизированное отверстие ПП — отверстие в ПП с осажденным на стенках проводниковым материалом. Переходное отверстие ПП — металлизированное отверстие, служащее для электрического соединения проводящих слоев ПП. Крепежное отверстие ПП' — отверстие, используемое для крепления ПП на шасси или для механического крепления элементов к ПП. Печатный контакт — участок проводящего рисунка, служащий в качестве одной части контактной системы. Навесные элементы — электронные компоненты, установленные на ПП и электрически соединенные с проводящим рисунком. Печатный узел — печатная плата с подсоединенными к ней электрическими и механическими элементами и (или) другими печатными платами и с выполненными всеми процессами обработки (пайка, покрытие, приклеивание элементов, маркировка и др.). Печатный узел представляет собой сборочную единицу. Координатная сетка чертежа ПП — сетка, определяющая положение элементов рисунка ПП в прямоугольной или полярной системе координат. Шаг координатной сетки — постоянная величина, определяющая расстояние между соседними линиями координатной сетки. Узел координатной сетки — точка пересечения линий координатной сетки. Свободное место — участок печатной платы, где элементы проводящего рисунка и расстояния между ними могут быть выполнены номинальной ширины. Узкое место — участок печатной платы, где элементы проводящего рисунка и расстояния между ними могут быть выполнены только с минимально допустимыми значениями. Гарантированный поясок контактной площадки — минимально допустимая ширина контактной площадки отверстия ПП в узком месте. Толщина ПП — толщина материала основания, включая проводящий рисунок или рисунки. Односторонняя ПП — печатная плата, имеющая одно основание, на одной стороне которого выполнен проводящий рисунок. Двусторонняя ПП — печатная плата, имеющая одно основание, на обеих сторонах которого выполнены проводящие рисунки и все требуемые соединения. Многослойная печатная плата (МПП) — печатная плата, состоящая из чередующихся слоев изоляционного материала с проводящими рисунками на двух и более слоях, между которыми выполнены требуемые соединения. Фольгированный материал — материал основания ПП, имеющий с одной или двух его сторон проводящую фольгу. Формовка выводов элемента — технологическая операция придания выводам элемента конфигурации, необходимой для установки на ПП. Многие типы микросхем, реле и некоторые другие элементы имеют неформуемые выводы. Материалы для печатных плат Компоновка печатных плат До начала конструирования печатной платы в результате анализа принципиальной схемы и условий эксплуатации узла формулируются следующие исходные данные: — форма и размеры печатной платы, метод се крепления и ориентация в корпусе устройства; — типы навесных элементов; — расположение элементов; — механические воздействия на узел в процессе эксплуатации; — климатические воздействия на узел в процессе эксплуатации; — напряжения и токи в отдельных цепях узла; — рекомендации по исключению взаимного влияния узлов; — мощности, рассеиваемые теплонагруженными элементами схемы; — способы реализации внешних соединений печатного узла; — класс точности ПП и другие технологические ограничения, зависящие от того, где будет происходить изготовление ПП и сборка печатного узла. Основные размеры сторон ПП должны быть кратными: 2,5 — при длине до 100 мм; 5,0 — при длине до 350 мм; 10,0 — при длине более 350 мм. Центры монтажных и переходных отверстий, а также контактных площадок SMD-элементов располагаются в узлах координатной сетки. В прямоугольной системе координат шаг координатной сетки должен быть кратен 0,05 мм либо 0,5 мм и выбирается из : 0,25; 0,50; 0,75; 1,00; 1,25 мм или 0,50; 1,0; 2,50; 3,0; 5,00 мм. Допускается применение шага координатной сетки, основанного на дюймовой системе: 2,54 или 0,635 мм. Для каждого вывода элемента предусматривается отдельное монтажное отверстие. Установка в одно отверстие двух выводов или объемных проводников не допускается. Печатные проводники, как правило, выполняются одинаковой ширины на всем протяжении и располагаются параллельно линиям координатной сетки либо под углом, кратным 15°. При протекании тока печатный проводник нагревается. Чтобы избежать чрезмерного перегрева, ширина печатного проводника должна определяться по формуле где I — сила тока, A; j — допустимая плотность тока А/мм2; h — толщина печатного проводника, мм. Толщина h одинакова для всех проводников и зависит от материала и технологии изготовления печатной платы. Поэтому ширина печатного проводника при выбранном значении j определяется силой протекающего тока I. — для медной фольги — от 100 до 250 А/мм2; — для гальванической меди — от 60 до 100 А/мм2. h = 35...50 мкм соответствует правило — на 1 А силы тока принимается 1 мм ширины печатного проводника. Диаметры монтажных отверстий выбираются из условия собираемости — при любых допускаемых отклонениях размеров ПП и элемента последний должен нормально устанавливаться в свое посадочное место. Диаметры монтажных отверстий определяются размерами выводов элементов, монтируемых в эти отверстия. где dв — максимальный размер монтируемого в отверстие вывода. Емкость печатного монтажа Два расположенных рядом печатных проводника образуют обкладки конденсатора. В высокочастотной технике это явление широко используется для получения конденсаторов небольшой емкости. Однако в большинстве случаев емкость монтажа является нежелательным фактором, способным ухудшить функционирование ЭА. Для получения проводящего рисунка слоев печатных плат используются: —селективное стравливание проводящего покрытия с одностороннего или двустороннего фольгированного диэлектрика в тех местах, где не должно быть печатного рисунка (субтрактивная технология); —нанесение на поверхность диэлектрика проводящего покрытия в местах расположения печатного рисунка (аддитивная технология); —процессы травления проводящего покрытия и металлизации в сочетании друг с другом. Фоторезистами называют материалы, под воздействием света изменяющие свои физико-химические свойства и приобретающие устойчивость к растворению в проявляющем растворе. После этих операций при любом методе изготовления платы обычно выполняется окончательная обработка, которая может включать: —нанесение маски; —металлизация или облуживание контактных площадок проводников сплавом олово-свинец; —нанесение маркировки; —выполнение специальных покрытий на печатных контактах соединителей; —точная обработка контура платы на станке и др. Химический метод Односторонние печатные платы без металлизированных отверстий обычно изготовляются химическим негативным или позитивным методами. Заготовка из одностороннего фольгированного диэлектрика Наслаивание сухого пленочного фоторезиста Формирование защитного рельефа в местах расположения проводящего рисунка (экспонирование, проявление) Травление медной фольги в окнах защитного рельефа Удаление защитного рельефа Сверление отверстий. Окончательная обработка Тентинг-метод Тентинг-метод представляет собой самый дешевый и быстрый процесс изготовления двусторонних печатных плат. Заготовка двустороннего фольгированного диэлектрика Сверление и очистка отверстий Химико-электрохимическая металлизация всех поверхностей и стенок отверстий, 35-40 мкм Наслаивание сухого пленочного фоторезиста на обе плоскости заготовки Формирование защитного рельефа в местах расположения проводящего рисунка (экспонирование, проявление) Травление медной фольги в окнах защитного рельефа; завески из фоторезиста защищают металлизированные отверстия в процессе травления Удаление защитного рельефа Окончательная обработка Комбинированный позитивный метод Различают негативный и позитивный комбинированные методы, которые в свою очередь могут иметь разные варианты реализации. Данные названия произошли от вида фотошаблона, применяемого при создании защитного рельефа: в первом случае при экспонировании рисунка используется негатив печатной схемы, во втором — позитив. Более распространен комбинированный позитивный метод, в котором в качестве заготовки используется двусторонний фольгированный диэлектрик с толщиной фольги 18 мкм и менее Заготовка из двустороннего фольгированного диэлектрика Сверление и очистка отверстий Предварительная металлизация всей поверхности заготовки и стенок отверстий Наслаивание СПФ на обе плоскости заготовки Получение защитного рельефа на пробельных местах (экспонирование, проявление) Электрохимическое осаждение меди в окнах защитного рельефа СПФ Электрохимическое осаждение металлорезиста олово-свинец в окнах защитного рельефа СПФ Удаление защитного рельефа СПФ Травление слоя меди в окнах металлорезиста Удаление металлорезиста Окончательная обработка Комбинированный позитивный метод позволяет получать печатные проводники шириной 100 и толщиной 50 мкм при минимальной ширине зазора 120 мкм Изготовление многослойных печатных плат Многослойная печатная плата (МПП) представляет собой монолитный пакет из нескольких печатных слоев, соединенных с использованием склеивающих прокладок. При производстве МПП применяется ряд методов, среди которых наибольшее распространение получил метод металлизации сквозных отверстий. При данном методе отдельные слои МПП могут быть выполнены в виде односторонних или двусторонних печатных плат. В последнем случае внутри слоя могут быть соединения с помощью металлизированных отверстий Для изготовления слоев МПП используют фольгированные диэлектрики уменьшенной толщины с таким расчетом, чтобы общая толщина платы не превышала 1,5—2 мм. Технологический процесс изготовления МПП методом металлизации сквозных отверстий включает следующие основные этапы. 1. Изготовление внутренних слоев химическим методом. На наружных слоях фольгу оставляют сплошной. 2. Сборка и прессование пакета. Прокладочная ткань пропитана термореактивной эпоксидной смолой и имеет толщину 0,1—0,25 мм. В процессе прессования при температуре 150... 180 °С происходит полимеризация смолы. Давление прессования и время выдержки определяются толщиной пакета и имеют порядок: давление 0,5—3 МПа, время — 10—12 мин на 1 мм толщины, но не менее 40 мин. 3. Получение печатных проводников на наружных слоях. 4. Сверление сквозных отверстий. 5. Подтравливание диэлектрика в отверстиях, в результате чего печатные проводники внутренних слоев оказываются несколько выступающими внутрь отверстий. Это обеспечивает лучший электрический контакт этих проводников с металлизацией отверстий. 6. Металлизация отверстий электрохимическим методом. Последующие этапы те же, что и для обычных ПП (лужение, обработка контура платы и т. д.). Для обеспечения точного совмещения слоев в процессе сборки и прессования МПП во всех слоях выполняются базовые установочные отверстия диаметром 5 мм, число которых зависит от размеров МПП и доходит до 10. При прессовке в эти отверстия вставляют специальные фиксирующие штыри. Отверстия располагают по углам МПП и через каждые 100—150 мм по периметру Сборка печатных плат по технологии монтажа в отверстия Процесс сборки печатных узлов содержит следующие операции: — формовка выводов; — установка компонентов в отверстия ПП; — нанесение на участки ПП, подлежащие пайке, флюса; — пайка контактных соединений вручную или волной припоя; — промывка печатного узла в сборе; — контроль качества паяных соединений; — устранение дефектов монтажа (при необходимости) |