2.3.4. Технологические вопросы конструирования печатных плат

Конструирование печатных плат должно обеспечивать рациональное размещение навесных элементов с учетом наиболее коротких электрических связей с минимальным переходом печатных проводников со слоя на слой и размещением, исключающим паразитные связи.

Кроме размещения электрорадиоэлементов, трассировки электрических цепей и определения общих конструктивных характеристик (п.2.3.1) печатной платы следует рассчитать оптимальные конструктивно-технологические характеристики печатного монтажа, то есть

• минимальный диаметр металлизированного переходного отверстия;

• минимальный диаметр металлизированного монтажного отверстия;

• максимальный диаметр просверленного отверстия;

• минимальную ширину проводников;

• минимальный диаметр контактной площадки;

• минимальные расстояния между элементами печатного монтажа;

• расстояние, необходимое для прокладки п-го количества проводников между другими элементами печатного монтажа платы.

В расчетах учитывают условия и технологические факторы различных методов изготовления печатных плат.

3. 1.Расчет диаметра металлизированных отверстий.

- Минимальный диаметр металлизированных переходных отверстий

d_min>H·, где

Н - толщина платы (мм),

- отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы, зависящее от рассеивающей способности электролита, класса платы (можно взять 0.5, 0.4, 0.3 соответственно для 1, 2 и 3 класса плат согласно ГОСТ 23751-82)

- Минимальный диаметр металлизированного монтажного отверстия (используется не только как переходное, но и для монтажа штырьевых выводов навесных элементов):

d_min=d_в+[0,2...0,3]>H•

где dв - диаметр вывода навесного элемента.

Диаметр сверла для получения такого отверстия с учетом усадки диэлектрика платы:

d_св=d_min+[0,1...0,15]

• Минимальный диаметр просверленного отверстия с учетом погрешности, обусловленной биением сверла и его точностью:

d_max=d_св+d, где

d- погрешность сверла. Для прецизионных твердосплавных сверл - 0,01...0,03 мм.

2.Расчет ширины проводников.

Односторонние печатные платы изготавливают чаще всего на одностороннем фольгированном диэлектрике субтрактивным химическим методом.

Минимальную ширину проводников определяют из условия достаточного сцепления проводников с диэлектриком.

1 - диэлектрическое основание,

2 - медная фольга (h_Ф-толщина фольги),

3 - защитный слой (фоторезист, краска),

t - ширина проводника,

t1- эффективная ширина проводника,

t_Ш - величина окна в фотошаблоне,

a - величина подтравливания,

a1- величина уменьшения сцепления,

t_min=t1 _min+1,5h_ф, где

t1 _min - минимальная эффективная ширина проводника без отслаивания (0.18 мм).

Ширина проводника на фотошаблоне:

t_{ш min}=t_min+Э

t_{ш max}=t_{ш min}+t_ш

Э - погрешность фотокопии при экспонировании рисунка;

t_ш -погрешность изготовления окна в фотошаблоне

.

Максимальная ширина окна в слое: t_max = t_{ш max} + Э

Величины t_{ш max} и t_{ш min} обеспечивают изготовление проводника в расчетных пределах.

Двусторонние печатные платы изготавливают преимущественно комбинированным позитивным методом, основанном на применении двустороннего фольгированного диэлектрика.

Металлизацию проводят химико-гальваническим способом после предварительной химической металлизации. Осаждают медь и металлорезист, стойкий к травителям, в окна из защитной краски или фоторезиста, нанесенной на будущий рисунок схемы.

После удаления слоя защитной краски (фоторезиста) производится травление меди с пробельных мест, при этом наблюдается боковое подтравливание элементов схемы. Одновременно при использовании сеткографической краски происходит «разращивание» гальванически осажденной меди и металлорезиста, что уменьшает расстояние между проводниками.

При использовании сухого пленочного фоторезиста толщиной 40...60 мкм разращивания не происходит и сечение элементов проводящего рисунка оптимально.

Расчет ширины проводника.

Сеткографический Фотохимический

метод получения рисунка метод получения рисунка

C– « разращивание ».

Толщина краски Толщина фоторезиста

h_к = 5...7 мкм h _фр = 40 мкм

C = h_г + h_р t _min = t1_min + 1,5(h _ф + h_пм)

t _min = t1_min + 1‚5 (h_ф+ t_{ш min}=t _min+э

+ h _пм) + h_г + h_р , t_{ш max}=t_{ш min}+t_ш

t _{ш min} = t _min - h_г - h_{р ,} t _max = t _{ш max}+э

t _{ш max} = t _{ш min} +  t _ш,

t _max = t _{ш max}+ h_г+ h_р.

медная фольга ( h _ф )

предварительно осажденная химическая медь (h _пм)

гальваническая медь ( h _г)

защитный слой металлорезиста (h _р)

2. Расчет диаметра контактной площадки.

Минимальный диаметр контактной площадки определяют из условия сохранения целостности контактной площадки (нет разрыва) при сверлении плат. Учитывают явления подтравливания и разращивания проводящего слоя, погрешности расположения отверстий и контактных площадок.

Односторонние печатные платы (химический субтрактивный метод):

b_min – гарантированный поясок (0,05; 0,035; 0,025мм соответственно для плат 1, 2, 3 класса плотности);

d _max – максимальный диаметр просверленного отверстия;

D – диаметр монтажного отверстия;

D1 _min–минимальный эффективный диаметр контактной площадки:

D1 _min = 2 · ( b _min + d _max /2 + _отв + _кп ),

d _max - из расчёта, проведенного ранее,

_отв  ₀  _б ,

₀; _б - погрешности соответственно расположения относительно сетки координат и базирования плат на станке,

_кп = _ш + _э + (_п + _з)/2,

_ш - погрешность контактной площадки на фотошаблоне относительно заданных координат,

_э - погрешность расположения печатных элементов при экспонировании и проявлении рисунка,

_п; _з - погрешности, соответственно, расположения базовых отверстий совмещения на фотошаблоне и заготовке плат.

D_{ш min} = D _min + Э

D_{ш max} = D_{ш min} + D_ш

D_max = D_{ш max} + Э

Двусторонние печатные платы , изготовленные комбинированным позитивным методом (распределение слоев в металлизации - аналогично печатным проводникам):