Семинар №4 Обеспечение совмещения элементов печатных плат

4.1. Краткие теоретические сведения

Проблемы совмещения начинаются уже с односторонних печатных плат, когда становится необходимым совместить позиционные положения отверстий и контактных площадок, окружающих эти отверстия. Естественные погрешности оборудования и неустойчивость размеров подложек, несущих топологию рисунка проводников, обуславливают отклонения от номинального положения элементов ПП, то есть к их рассовмещению. Все погрешности совмещения компенсируются соответствующими размерами контактных площадок так, что их размер тем больше, чем больше рассеивание положений элементов относительно узлов координатной сетки. Контактные площадки являются как бы подвижными мишенями для попадания в них сверлением, и для уверенного попадания в контактную площадку нужно иметь такой ее размер, чтобы она своим периметром окружала геометрическое место точек возможного местоположения сверления отверстий. Поэтому оценка точности производства сводится к размеру контактной площадки, который обеспечивает надежность попадания в нее отверстий без выхода за пределы ее периметра. Эту надежность попадания обеспечивает система совмещения элементов ПП.

Система совмещения (базирования) является одним из трех основополагающих факторов (два других: фотошаблоны, сверление), которым можно управлять для обеспечения совмещаемости топологий ПП. В зависимости от сложности печатной платы, объемов производства, номенклатуры и размеров заготовок выбирают различные системы базирования. Принципиально системы базирования можно разделить на 3 вида:

1. Визуальное совмещение фотошаблонов по реперным знакам (применяется в прототипном производстве, для плат ниже 4 класса точности) и/или изображений контактных площадок на фотошаблонах с отверстиями заготовки (часто применяется в производстве односторонних и двусторонних печатных плат).

2. Совмещение с использованием базовых отверстий и штифтов (штырей) в различных конфигурациях.

3. Автоматическое оптическое совмещение с использованием реперных знаков.

Наибольшее распространение в силу своей простоты получили способы базирования по штифтам и базовым отверстиям с размещением штифтов и базовых отверстий по одной стороне заготовки, по двум сторонам заготовки (L-конфигурация) и с четырех сторон заготовки (рис. 4.1).

Размещение штифтов (базовых отверстий) по одной стороне заготовки (рис. 4.1, а)– наиболее простой и универсальный способ размещения, который можно использовать при различных размерах заготовки. Недостатком является то, что погрешность совмещения усредняется только по одной стороне. Допустим фотошаблон имеет масштабные искажения, тогда рассовмещение отверстий и топологии около штифтов будет почти незаметным, а на противоположной границе может выйти за пределы допуска.

Рис. 4.1. Способы базирования по штифтам и базовым отверстиям: размещение штифтов по одной стороне заготовки (а), по двум сторонам заготовки (L-конфигурация) (б) и с четырех сторон заготовки (в)

Размещение штифтов (базовых отверстий) по двум сторонам заготовки (L-конфигурация) позволяет уменьшить воздействие точности получения базовых отверстий на точность совмещения. При этом восемь штифтов квадратной формы располагаются по двум сторонам заготовки ПП (рис. 4.1, б), а для обеспечения большей точности отверстия под штифты выполняются больше диагонали штифтов (зазор выбирают равным допуском на изготовление отверстий).

При размещении штифтов (базовых отверстий) с четырех сторон заготовки (рис. 4.1, в) погрешности совмещения усредняются по двум координатам. Однако для каждого размера заготовки необходимо переналаживать устройство пробивки базовых отверстий.

Принципиально новым решением проблемы совмещения являются автоматические оптические системы совмещения. Принципы их работы основаны на использовании машинного зрения для распознавания и позиционирования реперных знаков на фотошаблонах, слоях, платах, так чтобы по ним совмещать топологии пространственных структур межсоединений. При этом светокопировальная рама с оптической системой совмещения по реперным знакам совмещает фотошаблоны обоих сторон (в случае двусторонней ПП) и, если нужно совместить фотошаблоны с металлизированными отверстиями, совмещаются изображения реперных знаков двух сторон и базовых отверстий заготовки. Такие установки позволяют избежать ошибок, связанных с человеческим фактором.