9. Технологія виробництва печатних плат Конструктивно-технологічна характеристика печатних плат
Печатною платою називається матеріал основи, вирізаний за розміром, що містить необхідні отвори й щонайменше один провідний малюнок (ДСТ 20406-75).
Основними видами печатних плат є однобічні печатні плати (ОПП), двосторонні печатні плати (ДПП), багатошарові печатні плати (БПП), гнучкі печатні плати (ГПП) і гнучкі печатні кабелі (ГПК).
Однобічна печатна плата (мал. 9.1, а) являє собою основу, на одній стороні якої виконаний провідний малюнок, а на іншій стороні розміщуються електрорадіоелементи та інтегральні мікросхеми. Для з'єднання виводів навісних елементів із печатними провідниками служать монтажні отвори. Металізовані контактні отвори забезпечують більш надійне з'єднання. Однак ОПП із неметалізованими отворами простіші у виготовленні.
Двостороння печатна плата (мал. 9.1, б) має одну основу, на обох сторонах якої виконані провідні малюнки й всі необхідні з'єднання. Перехід струмопровідних ліній з однієї сторони плати на іншу здійснюється металізованими монтажними отворами. За допомогою такої плати можна виконувати складні схеми.
Багатошарова печатна плата (мал. 9.1, в) складається із шарів ізоляційного матеріалу, що чергуються із провідними рисунками на двох (і більше) шарах, між якими виконані необхідні з'єднання.
Багатошаровий печатний монтаж дозволяє зменшити габаритні розміри внаслідок підвищення щільності монтажу й трудомісткість виконання монтажних з'єднань. При цьому добре вирішується завдання перетинання й розподілу провідників. Однак технологічний процес виготовлення БПП є трудомістким.
Гнучка печатна плата (мал. 9.2, а) має гнучку основу. По розташуванню провідників вона аналогічна звичайній двосторонній печатній платі.
Рис. 9.1. Перетини печатних плат:
а - однобічної;
б - двосторонньої;
в - багатошаровій;
1 - мідні провідники;
2 - діелектрик;
3 - отвір;
4 - міжшарова ізоляція
Гнучкий печатний кабель (мал. 9.2, б) складається з тонких смужок 1 провідного матеріалу (звичайно міді), розташованих паралельно й заклеєних між двома плівками 2 ізоляційні матеріали (склоепоксид й ін.). Число провідників може бути від 2 до 50; їхня ширина й міжцентрові відстані підходять під стандартні роз’єми.
Рис. 9,2. Гнучкий печатний монтаж:
а - гнучка печатна плата;
б - гнучкий печатний кабель
Печатні плати виконують прямокутної форми. Максимальний розмір кожної сторони не повинен перевищувати 470 мм. При збільшенні розмірів плат знижується їхня твердість і вібростійкість.
Основи печатних плат виготовляють із ізоляційного матеріалу, що повинен
добре зчіплюватися з металом провідників;
мати діелектричну проникність не більше 7 (щоб уникнути виникнення значних паразитних ємностей між печатними провідниками)
мати малий тангенс кута діелектричних втрат;
мати досить високу механічну й електричну міцність;
допускати можливість обробки різанням і штампуванням;
зберігати свої властивості при впливі кліматичних факторів, а також у процесі створення малюнка схеми й пайки.
Таким вимогам задовольняють гетинакс, склотекстоліт і деякі інші фольговані й нефольговані матеріали.
Фольговані матеріали являють собою шаруваті пресовані пластики, просочені штучною смолою й облицьовані з однієї або двох сторін мідною електролітичною фольгою товщиною 18,35, 50 мкм. До таких матеріалів відноситься фольгований склотекстоліт, що випускається аркушами з розмірами не менш 400x660 при товщині аркуша до 1 мм і не менш 600x700 мм при товщині аркуша більше 1,5 мм.
Фольговані діелектрики марок СФ (СФ-1-35, СФ-2-35 й ін.) рекомендуються для виготовлення печатних плат, експлуатованих при t до 120°С. Більше високими фізико-механічними властивостями й теплостійкістю володіє склотекстоліт марок СФПН-1-50; СФПН-2-50. Діелектрик слофодіт має мідну фольгу товщиною 5 мкм, що одержують випаровуванням міді у вакуумі на мідному або алюмінієвому протекторі товщиною 70 мкм. Надалі протектор знімається механічним способом при незначному зусиллі. Для БПП і ГПП застосовують теплостійкий діелектрик марок СТФ-1, СТФ-2 і склотекстоліт, що травиться, марок ФТС-1; ФТС-2. Діелектрик СТЭФ.1-2ЛК нефольгований. У процесі виготовлення печатної плати його поверхня металізується шаром міді.
В якості матеріалу для печатних провідників використовують мідь із вмістом домішок не більше 0,05%. Цей матеріал має високу електричну провідність, відносно стійкий стосовно корозії, хоча й вимагає захисного покриття. При печатному монтажі припустиме струмове навантаження на елементи провідного малюнка залежно від припустимого перевищення температури провідника щодо температури навколишнього середовища вибирають: для фольги - від 100 до 250 А/мм2, а для гальванічної міді -60…100 А/мм2 (ДСТ 23751-86), що значно більше густини струму, припустимої для круглих провідників.
Завдяки малій масі й розвитій поверхні печатного провідника сила зчеплення його з основою виявляється достатньою, щоб витримати знакозмінні механічні перевантаження, що впливають на провідник, до 40 у діапазоні частот від 4 до 200 Гц. Товщина провідника приймається 18, 35, 50 мкм. Найменша ширина провідників і відстань між ними (пробільні ділянки) вибираються залежно від класу печатної плати (ДСТ 23751-86).
За щільністю провідного малюнка печатні плати й ГПК діляться на п'ять класів: перший клас характеризується найменшою щільністю провідного малюнка, а п'ятий - найбільш високою щільністю малюнка. Найменші номінальні значення ширини печатних провідників і пробільних ділянок для плат першого класу щільності становлять 0,75 мм, а для п'ятого - 0,10 мм. У широких частинах провідника (понад 2,5 мм) необхідно робити круглі точкові, кільцеві або щілевидні розриви (мал. 9.3, а), які запобігають спучування фольги при пайці зануренням, тому що ці отвори забезпечують вихід газів.
Рис. 9.3. Конструктивне виконання елементів печатних плат:
а - провідники із щілевидними розривами;
б-перемичка;
в - переходи в печатних провідниках;
г - контактні площадки
При однобічному монтажі з'єднання пересічних провідників виконують шляхом установки перемичок 1 з мідного лудженого дроту (мал. 9.3, б). Перемичку ставлять із боку навісних елементів. Форма, довжина й розташування печатних провідників можуть бути довільними залежно від конструктивних особливостей схеми. Однак у всіх випадках не допускаються різкі перегини, гострі кути й переходи (мал. 9.3, в). Радіус закруглення в місцях переходу повинен бути не меншим 1 мм. Різка зміна ширини й гострі кути знижують механічну міцність зчеплення провідників з основою, і в процесі нагрівання при пайці можливе відшаровування. Плавний перехід усуває місцеві перенапруги й тим самим компенсує різницю в теплових деформаціях фольги й діелектрика.
З'єднання печатного провідника з навісними елементами здійснюється контактними площадками круглої, прямокутної й іншої форми (мал. 9.3, г). Для утворення контактної площадки провідник у місцях пайки розширюється до діаметра на 2,5...3 мм більше діаметра отвору. Якщо відстань між сусідніми провідниками невелика, то можна зробити зріз. Розмір контактного отвору береться більше діаметра виводу (або діагоналі перетину для прямокутного виводу) на 0,4 мм й округляється до найближчого більшого значення з рекомендованого ряду: від 0,4 до 3 мм через 0,1 мм, крім розмірів 1,9 й 2,9 (ДСТ 10317-79).
На одній платі недоцільно мати більше трьох значень різних діаметрів отворів, тому що це ускладнює їхню обробку у зв'язку з необхідністю частої зміни інструмента.
У кожен монтажний отвір плати вставляється тільки один вивід від навісного елемента. Багатоконтактні елементи з виводами по окружності ставлять геометричним центром на перетині ліній координатної сітки. При цьому центр хоча б одного отвору повинен бути розташований на одній з вертикальних або горизонтальних ліній координатної сітки.
Розміри печатних провідників і монтажних отворів на кресленнях печатних плат указують за допомогою координатної сітки в прямокутній системі координат. Правила виконання креслень печатних плат (ДСТ 2.417-78) передбачають також нанесення координатної сітки в полярній системі координат і вказівку розмірів за допомогою розмірних і виносних ліній. Допускається комбінований спосіб вказівки розмірів. Основний крок координатної сітки у двох взаємно перпендикулярних напрямках приймається рівним 2,5 мм. При використанні кроку координатної сітки менше основного варто застосовувати крок, рівний 1,25; 0,625 і (0,5) мм (ДСТ 10317-79). Координатну сітку наносять суцільними тонкими лініями.
Рис. 9.4. Способи вказівки початку координат монтажних отворів
За початок координат приймають центр крайнього лівого нижнього конструктивного або технологічного отвору (мал. 9.4, а-в). Допускається за початок координат приймати лівий нижній кут плати (мал. 9.4, г) або точку, утворену лініями побудови плат.
Центри монтажних отворів 1-8 розташовуються в точках перетину координатної сітки й задаються такими способами:
нумерацією отворів із занесенням розмірів їхніх координат у таблицю (мал. 9.4, а),
нумерацією ліній координатної сітки (мал. 9.4, б),
вказівкою розмірів координат у мм (мал. 9.4, в).
Провідники на кресленні зображуються однією лінією, яка є віссю симетрії провідника. При ширині провідника більше 2,5 мм вони можуть зображуватися двома лініями й виділятися зачорнінням або штрихуванням (мал. 9.4, в).