книги из ГПНТБ / Федоров А.М. Основы контроля печатных схем
.pdfПЕЧАТНЫЯ
СКЕМ
і
[
I
ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ
«П О Л Е Т»
А. М. Ф ЕДОРОВ , С. В. Ф АДЕЕВ
ОСНОВЫ
КОНТРОЛЯ
ПЕЧАТНЫХ
СХЕМ
Научные редакторы канд. техн. наук
Б. И. ШИШКОВ, В. А. ГУТОРОВ
ЮжноУральское книжное издательство-Челябин ск-1974
6Ф2
ФЗЗ
'TüC. fly 7лИЧН(Ы
I впучі-ю-тахничѳс*.л
Oil . п: ' така GCc. f
сѵіпля:’
'Г'"
ІШ О
|
|
Рецензенты: |
|
кафедра «Конструирование и произ |
|
|
водство |
радиоаппаратуры» Москов-, |
|
ского института радиотехники, элек |
|
Зо%3/ |
троники и автоматики. |
|
Кафедра «Технология приборострое |
||
ния» Челябинского политехнического |
||
института |
имени Ленинского комсо |
мола.
6Ф2 |
Федоров А. М. и Фадеев С. В. |
ред. |
ФЗЗ |
Основы контроля печатных схем. Науч. |
|
|
Б. И. Шишков, В. А. Гуторов. Челябинск, Южно- |
|
|
Уральское кн. изд-во, 1974. |
|
|
289 с. с ил., схем. (Производ.-техи. объединение |
«По |
|
лет»). Библиогр.: с. 280—286. |
|
В книге изложены основы технологии, контроля н пайки печатных схем. Систематизированы результаты исследований и производствен ного опыта в области изготовления печатных плат и пайки, показа'- на возможность управления качеством выпускаемых изделий.
Книга предназначена для работников приборостроительных и ра диотехнических предприятий, изготавливающих аппаратуру на печат ном монтаже. Она сможет оказать практическую пользу также сту дентам высших и средних специальных учебных заведений радио технических специальностей.
Ф |
0341—047 |
6Ф2 |
-ЗЛ 6 -7 4 |
||
|
М 162 (03)—74 |
|
Производственно-техническое объединение «Полет», 1974.
П Р Е Д И С Л О В И Е
С развитием науки и техники непрерывно возраста ет использование печатных схем, особенно в производ стве радиоэлектронных устройств.
Чтобы выпускаемые изделия соответствовали уров ню мировых стандартов, выпускались в достаточном количестве, необходимы не только высокие темпы рос та производства, но и улучшение качества продукции. «...Берет верх тот,— отмечал В. И. Ленин,— у кого ве личайшая техника, организованность... и лучшие ма шины ...» *.
Решение проблемы качества радиоэлектронных из делий в первую очередь связано с повышением надеж ности ее комплектующих элементов, в том числе и печатных, плат, управляемости технологических процес сов, выработки и обоснования критериев оценки про дукции и организации на их основе тщательного конт роля.
В технологических процессах изготовления печатных плат и их пайки сконцентрировано большое количество разнообразных по своей природе явлений, требующих знания физики твердого тела, химии, металлургии, хи мического и электрохимического осаждения металлов на диэлектрики, электротехники, фототехники и других наук. Только зная глубоко особенности технологии из готовления, методы и критерии оценки, четко представ ляя взаимосвязь отдельных операций в достижении ка
чества и влияние различных факторов |
на выходные па |
* В. И. Лепим. Поли. собр. соч., т. 36, стр. |
116. |
1* |
г4 _ |
раметры изделий, можно грамотно п оперативно воз действовать на ход технологического процесса и нс до пустить выпуска недоброкачественной продукции.
За последние годы появилось много работ, посвя щенных общим вопросам изготовления печатных плат и их пайки, отработки отдельных приемов и операций в технологии, усовершенствованию и разработке обору дования. В то же время работы, касающиеся специфи ки контроля печатных плат и их пайки, а также обоб щающие количественные и качественные критерии оценки плат в процессе производства, отсутствуют. Ав торы настоящей книги поставили перед собой задачу — частично восполнить пробел в этой области. Делается это на основе обобщения и систематизации литератур ных данных, опыта работы передовых предприятий, а также результатов некоторых своих исследований по совершенствованию технологии изготовления, пайки и контроля печатных схем.
Материал для книги отбирался с учетом охвата ос новных фнзико-хіімических процессов технологии пе чатных плат, технологического контроля в процессе производства, пайки печатного монтажа, методов и кри териев оценки плат на основных этапах изготовления. Рассматриваются также вопросы воздействия окружа ющей среды на печатный монтаж, показаны перспекти вы его развития.
Авторы выражают благодарность В. В. Паниной, С. А. Бородиной, Н. И. Коробкову за практическую по мощь, ценные критические замечания и полезные сове ты при подготовке рукописи к изданию1, а также канди дату технических наук Б. И. Шишкову и В. А. Гуторову за большой и кропотливый труд по научному редак тированию книги.
Г Л А В А 1
ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
1 — 1. ТЕРМИНОЛОГИЯ
Учитывая особенности проектирования и изготовле ния печатных плат, на основании богатого опыта, на копленного в нашей стране и за рубежом возникла спе цифическая терминология.
Терминология, изложенная в настоящей книге, от вечает рекомендациям Международной Электротехни ческой Комиссии и соответствующей Комиссии СЭВ.
Печатный проводник —■участок металлизированно го -сдоя, нанесенного на изоляционную основу, эквива лентный обычному монтажному проводу.
Печатный элемент — сопротивление, емкость, индук тивность и другие элементы, нанесенные на изоляци онное основание в виде металлического или другого по крытия.
Печатный монтаж — система печатных проводников, обеспечивающая электрическое соединение элементов схемы.
Печатная схема — совокупность печатного монтажа и печатных элементов, нанесенных на общее изоляцион ное основание, прошедшая все стадии .изготовления.
Печатный блок, узел —■совокупность печатного мон тажа или печатной схемы с навесными электро-радио элементами, установленными и закрепленными на изо
ляционном основании, прошедшая |
все стадии изготов |
||
ления. |
плата — изоляционное |
основание, |
имею |
Печатная |
|||
щее печатный монтаж или печатную схему. |
состоя |
||
Координатная сетка — прямоугольная сетка, |
|||
щая из параллельных равноотстоящих линий, |
условно |
||
или фактически накладываемая на |
печатную плату для |
||
определения |
расположения отверстий и размеров про |
||
водников. |
|
|
|
5
шаг |
координатной |
сетки — расстояние |
между |
дву |
мя ближайшими параллельными линиями этой сетки. |
||||
Узел |
сетки — точка |
пересечения двух |
взаимно |
пер |
пендикулярных линий координатной сетки. |
за точку на |
|||
База |
сетки — узел |
сетки, принимаемый |
чала отсчета. Как правило, это левый ннжшій угол или левое нижнее монтажное отверстие печатной платы.
Заготовка — основание для печатной платы, выпол ненное из металлизированного пли неметаллизирован наго электроизоляционного материала. К нанесению пе чатного монтажа или печатной схемы ее можно подго товить е помощью любого способа.
Плакированное основание (плакированная заготов к а ) — электроизоляционный материал, имеющий метал лическое покрытие, нанесенное любым способом, подго
товленный |
для |
нанесения изображения |
печатной схемы. |
|
Фольга |
основания — металлическое |
покрытие, |
нане |
|
сенное на заготовку различным способом. |
|
|||
Толщина платы — толщина печатной |
платы с нане |
|||
сенным печатным монтажом пли печатной схемой. |
уча |
|||
Монтажная |
площадка— металлизированный |
сток, окружающий монтажное отверстие или примыка ющий к нему. Имеет электрический контакт с печат ным проводником и обеспечивает возможность электри ческого соединения навесных электро- и радиоэлемен тов с печатным монтажом.
Переходное соединение — средство, создающее элек трический контакт между различными слоями или сто ронами печатной платы.
Металлизированное отверстие — отверстие в печат ной плате, на стенки которого нанесен слой металла. Служит в качестве монтажного отверстия или переход ного соединения.
Технологический проводник — вспомогательный пе чатный проводник, обеспечивающий в процессе изготов ления электрическое соединение отдельных печатных проводников. Впоследствии удаляется.
Перемычка — отрезок обычного монтажного прово да, соединяющий между собой два печатных проводни ка в случаях, когда они пересекаются с третьим печат ным проводником.
Базовое отверстие (фиксирующее) — отверстие или углубление, расположенное на печатной плате. Пред
6
назначено для точной установки платы в процессе из готовления.
Ориентирующий паз — паз на краю печатной платы, обеспечивающий ее определенное положение во время сборки пли установки.
Покрытие печатной платы — процесс химического, электрохимического или любого другого способа осаж
дения металла, |
полупроводника или |
диэлектрика на |
||||
всю или часть печатной платы. |
одновременного электри |
|||||
Групповая пайка — способ |
||||||
ческого и |
механического |
соединения |
всех |
навесных |
||
элементов |
на |
печатной плате. |
Осуществляется путем |
|||
одновременного |
воздействия |
припоя на |
все |
монтажные |
||
площадки. |
|
|
|
цифровые и |
символиче |
|
Маркировка — буквенные, |
ские обозначения на печатной плате, нанесенные лю
бым способом. Цель — указание |
номера навесного |
иди |
||
печатного элемента, его расположение и т. д. |
ее за |
|||
Подрезка монтажной |
площадки — уменьшение |
|||
счет отрезания по хорде. |
Тем самым увеличивается рас |
|||
стояние |
между этой площадкой |
и токоъедущими эле |
||
ментами |
схемы. |
|
|
|
Пробельный участок — участок печатной платы, |
на |
|||
котором металлизация отсутствует. |
|
Разрешающая способность способа печати — допу стимое число линий на миллиметр. В качестве линии условно принимается минимальная ширина печатного проводника или равная ей минимальная ширина зазо ра между проводниками.
Оригинал печатной схемы (фотооригинал — изобра жение схемы, выполненное в масштабе и предназна ченное для репродуцирования.
Негатив печатной схемы — фотографическое изобраражение в масштабе 1 : 1, полученное путем фотосъем ки с оригинала печатной схемы при заданной степени точности. Предназначено либо для ' непосредственного изготовления печатной платы, либо для изготовления технологической оснастки.
Сличение — процесс проверки соответствия печатно го рисунка координатной сетке.
Прочность на отрыв — сила, перпендикулярная плоскости печатной платы, необходимая для отделения
7
монтажной площадки или печатного проводника от осно вания, единица измерения — кг/см2.
Изгиб (коробление) — вид .искажения формы пря моугольной плоско-параллельной платы с цилиндриче ским или сферическим ее искривлением. В этом случае все четыре угла платы находятся в одной плоскости.
Скручивание—.вид искажения формы прямоуголь ной плоско-параллельной платы, при котором три ее угла находятся в одной плоскости, а четвертый смещен
относительно нее. |
поперечного сечения |
Подтравливание — уменьшение |
|
печатного проводника к основанию. |
|
Наплыв — увеличение ширины |
печатного проводни |
ка по сравнению с заданной, вызываемое нанесением металлического покрытия.
Отклонение — величина искажения краев изображе ния печатной схемы от заданного чертежом.
Смещение — отклонение одного или более печатных проводников, либо их части от заданного расположе ния, отклонение относительно друг друга двусторонней печатной схемы или отклонение ее слоев относительно друг друга при наличии двух или более слоев.
Практика пайки способствовала выработке специфи ческой терминологии [1]. Рассмотрим некоторые, наи более важные термины:
Пайка — процесс получения неразъемного соедине ния материалов при нагреве ниже температуры их ав тономного расплавления. Процесс осуществляется путем смачивания, растекания и заполнения зазора между ними расплавленным припоем и сцепления их при кри сталлизации шва.
Припой — металл или сплав, вводимый в зазор меж ду соединяемыми деталями, или образующийся между ними в процессе пайки. Имеет более низкую температу ру начала автономного плавления, чем материалы, под вергающиеся пайке.
Паяльный флюс — неметаллическое вещество, ис пользуемое для удаления окненой пленки с поверхности припоя и паяемого материала. С помощью этого веще ства можно предотвратить образование такой пленки во время пайки и снизить тем самым поверхностное на тяжение припоя. Иногда оно служит для высаживания металлического осадка.
8
Температурный |
интервал активности |
флюса — ин |
|
тервал .температур, |
при которых флюс активно прояв |
||
ляет свои |
свойства. |
|
конструкции, |
Паяное |
соединение — элемент паяной |
состоящий из паяного шва и диффузионных зон при об щем нагреве, паяного шва и зон термического влияния
при локальном нагреве. |
|
|
шва, возникший под |
|||||
Галтель паяного шва — участок |
||||||||
воздействием капиллярных |
сил у края зазора |
на |
на |
|||||
ружных поверхностях соединяемых деталей. |
|
па |
||||||
Непропай — полное |
или |
частичное незаполиение |
||||||
яльного зазора припоем. |
паяного |
соединения |
и по |
|||||
Перепайка — распайка |
||||||||
вторная пайка изделия. |
|
параметров, характе |
||||||
Режим |
пайки — совокупность |
|||||||
ризующих термический цикл и, давление при пайке. |
из |
|||||||
Термический цикл |
пайки-— последовательность |
|||||||
менения |
температуры в контакте паяемых материалов |
|||||||
и припоя. |
Последовательность характеризует |
нагрев, |
||||||
выдержку и охлаждение при пайке во времени. |
|
сое |
||||||
Температура пайки — температура в контакте |
||||||||
диняемых |
материалов |
и жидкого |
припоя, |
обеспечиваю |
||||
щая формирование паяного шва. |
|
|
нагрева сое |
|||||
Общее |
время пайки — суммарное время |
|||||||
диняемых |
материалов |
и припоя |
в точке контакта |
до |
||||
температуры пайки, выдержки при данной |
температуре |
иохлаждения после пайки.
1— 2. КЛАССИФИКАЦИЯ И АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Впечатном монтаже нашли отражение последние достижения в области конструирования и технологии производства радиоэлектронной аппаратуры. Возник
новение монтажа — следствие промышленного освое ния новых электро- и радиотехнических материалов, малогабаритных вакуумных, полупроводниковых и дру гих радиоэлементов, внедрение прогрессивных техноло гических процессов.
. Печатные схемы — комбинация печатной, коммута ционной платы и навесных малогабаритных радиоэле ментов, соединенных между собой в схему.
9