8. Способы формирования рисунка и создания токопроводящего покрытия в печатных платах.

Получение рисунка печатной платы

Рисунок ПП выполняется фотопечатью и трафаретной печатью.

Фотопечать — способ нанесения изображения рисунка печатных проводников на материал основания, покрытый светочувствительным слоем, экспонируемым через фотошаблон с требуемым изображением.

Для получения оригиналов рисунка печатной платы применяют вычерчивание, наклеивание липкой ленты, резание по эмали и т. п.

Вычерчивание оригинала печатной платы выполняют на специальной чертежной бумаге с помощью сдвоенных рейсфедеров, плакатных перьев, лекал и др. Для ускорения процесса вычерчивания рекомендуется на бумагу предварительно нанести типографским способом координатную сетку. Из-за высокой трудоемкости процесса и низкой точности это способ применяется редко.

Наклеивание липкой ленты сокращает трудоемкость изготовления оригинала печатной платы. На бумагу с координатной сеткой, наклеенную на недеформирующуюся основу (стекло, алюминий), наносят центры монтаж­ных отверстий и контактные площадки, а проводники получают приклеива­нием непрозрачной липкой ленты.

Резание по эмали применяют для печатных плат, требующих высокой точности выполнения проводников. Толщина слоя эмали, наносимого на заготовку из стекла, составляет 30—50 мкм. Эмаль наносят в несколько слоев краскораспылителем. После сушки заготовку устанавливают на стол координатографа. Головка, в которой закреплен резец, может перемещаться по координатным осям и прорезать контуры элементов печатной платы с точностью ±0,05 мм. Надрезанную эмаль удаляют пинцетом.

Недостатком рассмотренных методов получения фотошаблонов является необходимость масштабного фотографирования. Этот недостаток устраняется при получении требуемой схемы в масштабе 1:1 на фотопластинке сканирующим световым пером с помощью координатографа. Рисунок печатного монтажа кодируется и переносится на перфоленту, которая помещается в считывающее устройство координатографа.

Информация одного кадра вводится в блок управления, где преобразуется в импульсы для шаговых двигателей, которые перемещают координатный стол по оси X или Y. При совместной работе двигателей стол перемещается под углом 45°. Точность установки координат ±25 мкм. Форму и размеры контактных площадок определяют диафрагмы. Сменные диски содержат от 16 до 32 различных по конфигурации диафрагм. Требуемые размеры и яркость светового луча обеспечиваются оптической головкой.

Фоторезисты — тонкие пленки органических растворов, которые должны обладать свойствами после экспонирования полимеризоваться и переходить в нерастворимое состояние. Основное требование, предъявляемое к фоторезистам — высокая разрешающая способность, светочувствительность, устойчивость к воздействию химических растворов.

Участок негативного фоторезиста, находящийся под прозрачными участками фотошаблона, под действием света получают свойство не растворяться при проявлении. Участки фоторезиста, расположенные под непрозрачными местами фотошаблона, легко удаляются растворителем. Позитивный фоторезист под действием облучения изменяет свои свойства так, что при обработке в проявителях растворяются его облученные участки, а необлученные (находящиеся под непрозрачными участками фотошаблона) остаются на поверхности платы.

Метод фотопечати обеспечивает разрешающую способность, позво­ляющую получать проводники, ширина которых и расстояние между ними составляет 0,1 мм.

Трафаретная печать (сеткографический метод)

Трафаретная печать основана на получении рисунка схемы на поверхности медной фольги путем продавливания защитной краски резиновым ракелем через сетчатый трафарет. Сетки для трафаретов изготавливают из капроновых или лавсановых нитей. Рисунок на трафарете получается с помощью фоторезистов. Открытые участки трафарета соответствуют рисунку ПП. Получение рисунка схемы методом трафаретной печати на 60% дешевле, чем фотохимическим. Трафаретная печать выполняется, если ширина проводников и расстояние между ними не менее 0,3 мм.

Типовые процессы изготовления печатных плат

Печатной платой (ПП) называют материал основания, вырезанный по размеру, содержащий необходимые отверстия и проводящий рисунок. Виды ПП: односторонние, двусторонние, гибкие (имеют гибкое основание), гибкий печатный кабель состоит из тонких полосок проводящего материала (меди), расположенных параллельно и закрепленных между двумя пленками изоляционного материала (число проводников от 2 до 50, их ширина — под стандартные расчеты).

Механическая обработка печатной платы

Этапами механической обработки ПП являются:

1. входной контроль материала — это проверка размеров листа, состояние поверхности фольги и диэлектрика, прочность сцепления фольги в исходном состоянии и при воздействии расправленного припоя, гальванических растворов;

2. получение заготовки — это резка листа из фольгированного и нефольгированного материала дисковой фрезой с охлаждением сжатым воздухом и отсосом образующейся пыли (резка осуществляется роликовыми или гальваническими ножницами);

3. сверление монтажных отверстий спиральным сверлом из твердого сплава с углом при вершине сверла 130°;

4. обработка по контуру выполняется вырубкой или фрезированием после изготовления печатных проводников.

9. Типовые процессы изготовления печатных плат. Входной контроль материалов, изготовление заготовок, подготовка поверхности заготовок, получение защитного рисунка, химическое меднение, гальваническая металлизация, травление меди, обработка монтажных отверстий обработка заготовок по контуру, выходной контроль плат.

Правильно разработанный ТП должен обеспечить выполнение всех требований, указанных в чертеже и ТУ на изделие, высокую производительность. Исходными данными для проектирования технологического процесса являются: чертежи детали, сборочные чертежи, специализация деталей, монтажные схемы, схемы сборки изделий, типовые ТП.

Типовой процесс изготовления печатных плат:

• Входной контроль фольгированного диэлектрика

• Нарезка заготовок слоев

• Подготовка поверхности диэлектрика

• Получение рисунка схемы слоев

• Травление меди с пробельных мест

• Удаление маски

• Создание базовых отверстий

• Прессование слоев МПП.

• Сверление межелоиных отверстий

• Подготовка поверхности перед металлизацией

• Химическая металлизация отверстий

• Гальваническая металлизация отверстий

• Обработка плат по контуру

• Маркировка

• Выходной контроль

Основным направлением при разработке и создании печатных плат является широкое применение автоматизированных методов проектирования с использованием ЭВМ, что значительно облегчает процесс разработки и сокращает продолжительность всего технологического цикла.

Наиболее подходящим, является способ изготовления устройства на печатной плате (ТЭЗ 2го уровня. Так как печатная плата обладает большой поверхностью и будет быстрее охлаждаться, она имеет преимущество перед другими технологиями. Типы производства:

• Единичным называется такое производство, при котором изделие выпускается единичными экземплярами. Характеризуется: Малой номенклатурой изделий, малым объёмом партий, Универсальным оснащение цехов, Рабочими высокой квалификации.

• Серийное - характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых повторяющимися партиями сравнительно небольшим объёмом выпуска. В зависимости от количества изделий в партии различают: мелко средне и крупно серийные производства.

• Универсальное - использует специальное оборудование, которое располагается по технологическим группам, Техническая оснастка универсальная, Квалификация рабочих средняя.

• Массовое производство характеризуется: узкой номенклатурой и большим объёмом изделий, изготавливаемых непрерывно; использованием специального высокопроизводительного оборудования, которое расставляется по поточному принципу. В этом случае транспортирующим устройством является конвейер. Квалификация рабочих низкая. Также различной может быть серийность

В зависимости от габаритов, веса и размера годовой программы выпуска изделий определяется тип производства.

Тип производства и соответствующие ему формы организации работ определяют характер технологического процесса и его построение. Так как по условию технического задания объём производства равен 100 изделиям в год, то производство должно быть среднесерийным.

Производственные системы изготовления печатных плат

Одним из современных методов создания электрических цепей в РЭМ-1 (РЭМ-2) ЭВМ является применение печатного монтажа, реализуемого в виде многослойных печатных плат (МПП) с металлизацией сквозных отверстий.

Последовательность типовых технологических операций изготовления МПП полуаддитивным методом, определяющая укрупненную схему ТП, такова: нарезка заготовок слоев МПП, получение рисунка схемы слоев, травление меди с пробельных мест, удаление маски, образование базовых отверстий, прессование слоев МПП; образование металлизированных отверстий; химическая очистка отверстий; химическая металлизация отверстий; гальваническая металлизация платы; получение рисунка схемы; гальваническая металлизация рисунка; нанесение металлорезиста на рисунок; удаление маски; травление меди с пробельных мест; оплавление металлорезиста; обработка платы по контуру; маркировка платы, нанесение защитного покрытия; окончательный контроль платы.

Указанная последовательность типовых операций группируется в основе ТП производства МПП: изготовление внутренних слоев химическим методом; прессование слоев в монолитную структуру; сверление сквозных отверстий с их последующей металлизацией; образование рисунка наруж­ных слоев МПП.

Типовая структура технологического процесса изготовления типовых элементов замены

• Входной контрольэлектро–радио элементов и печатных плат;

• Подготовка их к монтажу;

• Установка комплектующих на плату;

• Нанесание флюса и его сушка;

• Пайка;

• Очистка ТЭЗов от остатков флюса;

• Контрольно – регулировочные работы;

• Технологическая тренеровка;

• Маркировка;

• Герметизация и приёмосдаточные работы.

Входной контроль

Входной контроль—это ТП проверки поступающих на завод – потребитель ЭРЭ, ИС и ПИ по параметрам, определяющим их работоспособность и надежность перед включением этих элементов в производство. Необходимость входного контроля вызвана ненадежностью выходного контроля на заводе изготовителе, а также воздействием различных факторов при транспортировании и хранении, которые приводят к ухудшению качественных показателей готовых изделий. Затраты на проведение входного контроля значительно меньше затрат, связанных с испытаниями и ремонтом собранных плат, блоков и аппаратуры в целом

При входном контроле все комплектующие элементы подвергаются испытаниям, объём и условия проведения которых устанавливаются для каждого типа изделия в зависимости от реального качества этого изделия, определяемого анализом статистических данных и требований, предъявляемых к готовому изделию. Технологический маршрут входного, контроля составляется на основании следующих видов испытаний: 1) проверка внешнего вида;2) выборочный контроль габаритных, установочных и присоединительных размеров; 3) проверка технологических свойств (паяемости, свариваемости); 4) проведение электротермотренировки в течение 168 ч при повышенной рабочей температуре среды; 5) проверка статических электрических параметров при нормальных климатических условиях, пониженной и повышенной рабочей температуре среды; 6) проверка динамических параметров при нормальных климатических условиях; 7) функциональный контроль при нормальных климатических условиях и повышенной рабочей температуре среды.

Технологическая тренировка.

Практика показывает, что количество дефектных изделий, а также интенсивность их отказов в основном определяется технологическим процессом. Ввиду сложности технологических процессов изготовления деталей и блоков радиоаппаратуры всегда бывает необходима приработка, продолжительность которой может быть различной.

Период приработки транзисторов продолжается до 1000—3000 ч, а период нормальной работы превышает 25000 ч. Таким образом, период приработки составляет не более 10% от периода нормальной работы.

Зависимость интенсивности отказов большинства элементов радиоаппаратуры неодинакова для различных промежутков времени t работы, и ее можно разделить на три периода: первый — приработки

(от 0 до t_пр); второй — нормальной работы (от t_np до t_ст); третий — старения (от t_ст до ∞).

Период приработки элементов характеризуется высокой интенсивностью отказов и является следствием технологического процесса изготовления элементов и действия большого количества систематических и случайных факторов.

Одним из эффективных способов повышения надежности радиоаппаратуры в процессе производства является электрическая тренировка элементов. Электрическая тренировка должна проводиться на основании заранее определенного времени, включающего период приработки.

Защита герметизацией

Герметизация электроизоляционными материалами может производиться заливкой и обволакиванием. Степень защиты определяется влагопроницаемостью используемого материала, толщиной слоя и адгезией с элементами конструкции (особенно с выводами).

Влияние материала на параметры защищаемого изделия зависит от диэлектрической проницаемости, потерь, объемной и поверхностной электропроводности, усадки, теплопроводности и др. Заливка может рассматриваться как заключение изделия в своеобразный корпус, стенки которого вплотную примыкают к поверхности изделия, полностью вытесняя весь воздух из объема. Если слой заливки меньше 1 мм, то при длительном непрерывном воздействии влага проникает непосредственно сквозь него. Так, через слой эпоксидного компаунда толщиной 0,5 мм влага проникает за 30 суток. Влагостойкость пенопласта хуже, чем монолитного полимера с твердым наполнителем.