3. Печатные платы / Методичка 2к

композиционного материала, полученным путем пропитки армирующей волокнистой основы полимерным связующим. Количество листов препрега может варьироваться от 1 до 3 шт.

Для соединения медной фольги с базовой плёнкой (в основном при производстве гибких печатных плат), объединения слоёв многослойных конструкций, приклеивания защитных слоёв и ужесточителей, а также для создания клеящих областей на поверхности ПП используется адгезивы.

Для полноты картины рассмотрим функциональное назначение и материалы покрытий печатной платы.

Паяльная маска – наносится на поверхность платы для защиты проводников от случайного замыкания и грязи, а также для защиты стеклотекстолита от термоударов при пайке. Маска не несет другой функциональной нагрузки и не может служить защитой от влаги, плесени, пробоя и т. д. (за исключением случаев применения специальных видов масок).

Маркировка – наносится на плату краской поверх маски для упрощения идентификации самой платы и расположенных на ней компонентов.

Отслаиваемая маска – наносится на заданные участки платы, которые надо временно защитить, например, от пайки. В дальнейшем ее легко удалить, так как она представляет собой резиноподобный компаунд и просто отслаивается.

Защитное покрытие – это диэлектрический материал, защищающий внешние проводящие слои от воздействия окружающей среды. Может быть как в виде полиимидной или ПЭТФ плёнки с нанесённым с одной стороны слоем адгезива, так и в виде жидкого фотопроявляемого композитного материала.

Для защиты печатных плат от влаги и придания механической прочности применяют защитные лаки СБ-1c, УР-231 и Э-4100, которые наносятся в пять слоев при общей толщине 0,15 мм.

Лак СБ-1с на основе фенолформальдегидной смолы сохнет при t = +60°С

за 4 часа. Лак УР-231 обладает повышенной эластичностью.

Для аппаратуры, работающей в тропических условиях, применяют лак на

69

основе эпоксидной смолы Э-4100.

На открытые от маски участки меди различными методами наносится финишное покрытие для обеспечения качественной пайки.

Наиболее распространенными финишными покрытиями, применяемыми при изготовлении печатных плат, являются: горячее лужение (HASL-процесс)

оловянно-свинцовым или бессвинцовым припоями, иммерсионное золочение,

иммерсионное серебрение, иммерсионное олово, органическое защитное покрытие.

4. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО

СОСТАВЛЕНИЮ ЧЕРТЕЖЕЙ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ [1-2]

1.Предельный размер платы определяется возможностями конкретного производства и зависят от толщины печатной платы, так как платы большого размера сложны в изготовлении и чувствительны к короблению. На современном производстве для плат толщиной более 0,8 мм предельный размер равняется 455x550 мм, чем тоньше плата и больше слоев, тем меньше размер. Для плат длиной до 180 мм можно соотношения сторон выбирать равным 4:1. Более желательны соотношения 1:1, 2:1, 3:2, 5:2. Толщина плат может быть 0,2 – 3 мм. [5-6]

2.Площадь, на которой можно размещать элементы и печатный монтаж,

должна быть меньше площади всей платы, для создания технологических заокраин шириною не менее толщины платы.

3. Максимальная длина непрерывного печатного проводника равна

100 мм. При большей длине необходимо предусмотреть промежуточные металлизированные отверстия.

4. Ширина печатного проводника определяется:

а) прочностью сцепления,

б) допустимой плотностью тока,

в) паразитной емкостью. При толщине фольги 50 мкм допустимая плотность тока равна 1,5 А/мм.

70

Проводники, полученные электрохимическим осаждением металла,

имеют сопротивление в три раза больше, чем проводники из фольги.

Ширина проводников и промежутков между ними обеспечивается технологическими возможностями.

Наиболее узкие проводники можно получить при травлении фольги.

Практически такие проводники имеют ширину от 0,3 до 1 мм, хотя можно получить и до 0,1 мм. [5-6]

Нужно помнить, что узкие проводники хуже сцепляются с поверхностью.

Рекомендуемая ширина проводников от 0,6 до 2 мм. [4-6] 5. Печатные проводники по возможности не должны иметь резких

переходов, так как при нагревании в них возникнут местные внутренние напряжения, которые могут привести к отслоению проводника и его разрыву.

При насыщенном монтаже печатные проводники рекомендуется выполнять прямоугольной формы и одинаковой ширины по длине. По возможности переходы должны быть плавными.

Радиус закругления желателен не менее 1 мм.

6.На широких удлиненных проводниках следует делать продольные вырезы. Это препятствует распространению наведенных ЭДС помех. Кроме того, при автоматизированной пайке погружением в припой эти вырезы будут предохранять от возможного отслаивания проводников от диэлектрика выделяющимися из него газами из-за высокой температуры. Газ выделяется и от клея [4].

7.Экранирование печатных проводников осуществляется нанесением дополнительных проводников, соединенных с заземляющей точкой.

8.Наименьшее расстояние между печатными проводниками – 0,1 мм,

рекомендуемое – 1…1,5 мм. При этом учитывают технологические возможности и сопротивление изоляции и электрической прочности.

Сопротивление изоляции между двумя параллельными печатными полосками длиной 100 мм при зазоре 1 мм должно быть не менее 20 МОм.

На 3 км над уровнем моря для рабочего напряжения 100 В минимальный

71

зазор должен быть не менее 0,5 мм, исходя из электрической прочности печатного монтажа [4].

Кроме того, при выборе минимального расстояния между соединительными проводниками необходимо учитывать величину паразитной емкости, которую можно определить по графикам, имеющимся в [9] на с. 501.

Величина паразитной емкости влияет на частотные свойства аппаратуры и является функцией расстояния между проводниками, их ширины, толщины диэлектрика и его ε ≈ 6.

9. При проектировании печатных плат рекомендуется применять координатную сетку, имеющую основной шаг, совпадающий с шагом устанавливаемых элементов. Рекомендуется применять координатную сетку с шагом 0,5 мм и вспомогательный шаг 0,05 мм. Для конкретных конструкций,

использующих элементную базу с шагом 0,625 мм, допускается применение шага координатной сетки 0,625 мм.

Центры всех монтажных и крепежных отверстий необходимо располагать в узлах координатной сети.

10. Диаметры отверстий и выводы деталей должны отличаться на

0,2…0,4 мм для того, чтобы в зазор мог проникнуть припой. [5-6]

Диаметры отверстий под выводы определяются возможностями производства, зависят от толщины платы и необходимости металлизации.

Допустимые диаметры находятся в диапазоне 0,05; 0,075; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 2,0; 2,1; 2,2; 2,3; 2,4; 2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 3,0 мм. Рекомендуется выбирать диаметры в диапазоне 0,2-2 мм

11. Диаметр монтажной площади Д выбирается не менее чем на 30-40%

больше диаметра отверстия d. [1,2].

12. На каждой печатной плате рекомендуется располагать не менее двух технологических отверстий диаметром не менее 1,3 мм и "ключ" для фиксаций. Центры отверстий должны быть расположены в узлах координатной сетки, а сами отверстия – в углах платы.

13. При одностороннем печатном монтаже навесные элементы

72

устанавливаются вплотную к поверхности печатной платы, при

двустороннем – с зазором.

14.Наружные выводы печатных плат могут быть предназначены для неразъемных и разъемных соединений. Для разъемных соединений применяют монолитные (объемные) выводы и выводы в виде продолжения печатных проводников с нанесенным на трущиеся поверхности износостойким покрытием.

15.Входные и выходные концы печатных проводников рекомендуется сводить в систему, удобную для применения переходных элементов.

16.Объемные разъемы по сравнению с печатными более громоздки, но обеспечивают большую надежность в работе.

17.Длину соединительных проводников стремятся уменьшить.

5.СПОСОБЫ НАНЕСЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ПЛАТУ

Более подробно этот вопрос должен быть изучен по указанной литературе. В описании будут рассмотрены только самые основные положения.

Изображение печатных схем на заготовку в настоящее время наносят либо фотографическим, либо сеточным, реже офсетным способом.

1. Фотографический способ представляет копирование рисунка схемы с прозрачного фотоснимка на основание, покрытое светочувствительной эмульсией.

Для изготовления прозрачного фотоснимка сначала изготавливают фотооригинал схемы на белой чертежной бумаге тушью. Его фотографируют.

С полученной пленки делают рабочие диапозитивы.

Изображение может быть позитивным и негативным.

Перед нанесением изображения на плату наносят светочувствительную эмульсию, а затем экспонируют и проявляют изображение в теплой воде.

Места пленки, не подвергшиеся облучению, вымываются, оставшиеся участки задубливаются под действием теплой воды. При негативном изображении в

73

тех местах, где должны быть соединительные проводники, фоторезист засвечивается и затем задубляется и защищает фольгу от вытравливания.

При позитивном изображении в тех местах, где должны быть соединительные проводники, фоторезист не засвечивается и не задубливается.

Свободные от фоторезиста участки фольги защищают слоем гальванического серебра либо ПОС-61, стойких к травителю. Затем фоторезист удаляется растворителем, и фольга вытравливается. Применяется в опытном и серийном производстве.

2. Сетчатый трафарет. Сетка для трафарета может быть из натурального шелка, капрона, нейлона или нержавеющей стали. Сетка натянута на дюралюминиевую раму.

На сетку в темноте наносят светочувствительную эмульсию. Затем на сетку кладут позитив схемы с эмульсионной стороны и экспонируют в светокопировальной установке.

Необлученные участки вымываются теплой водой. Оставшиеся участки пленки задубливают.

В процессе переноса рисунка на плату сетчатый трафарет укладывают на плату, и пасту (краску) продавливают через открытые места трафарета.

Сеточно-трафаретный способ нанесения рисунка является высокопроизводительным и получил широкое применение.

3. Офсетный способ. При офсетном (печатном) способе изображения наносят на плоскопечатной машине кислотощелочеупорной краской.

Основной частью машины является барабан, обтянутый офсетной резиной, и

клише.

Офсетная резина переносит изображение. Клише представляет выпуклый рисунок схемы на резиновой или металлической пластинах.

На столе закрепляется клише и заготовка. При перемещении барабана по направляющим сначала наносится краска на клише. Потом с клише изображение переносится на офсетную резину барабана. При дальнейшем движении барабана изображение с резины переносится на поверхность

74

проводников. Последующим травлением в растворе хлорного железа удаляют металл с незащищенных участков заготовки, и на диэлектрике создаются требуемые проводники.

Способ получил распространение, так как обеспечивает: высокую разрешающую способность; полную идентичность печатного монтажа;

высокую прочность сцепления проводников с основанием; равномерную толщину проводников и их высокую электропроводность; простоту технологического процесса.

Недостаток способа – ухудшение диэлектрических свойств основания плат из-за влияния химических веществ при обработке.

В настоящее время химический способ является основным при изготовлении односторонних печатных плат без металлизации отверстий.

2. Аддитивный метод. Additive process.

В этом методе на нефальгированный диэлектрик подложки одним из способов избирательно наносится рисунок токопроводящих дорожек.

Токопроводящие элементы рисунка можно создать:

•химическим восстановлением металлов на катализированных участках диэлектрического основания (толстослойная химическая металлизация);

•переносом рисунка, предварительно сформированного на металлическом листе на диэлектрическую подложку (метод переноса);

•нанесением токопроводящих красок или паст, или другим способом печати;

•восстановительным вжиганием металлических паст в поверхность термостойкого диэлектрического основания из керамики и ей подобных материалов;

•вакуумным или ионно-плазменным напылением;

•выштамповыванием проводников.

Избирательность осаждения металла можно обеспечить:

• фотолитографией фоторезиста, закрывающего участки поверхности

76