42. Защитные покрытия, их классификация и основные характеристики. Виды и материалы покрытий.

Лакокрасочные и пластмассовые органические покрытия.

Среди полимерных органических покрытий самым распространенными являются лакокрасочные. Выпускаемые отечественной промышленностью лакокрасочные и пластмассовые материалы можно разделить на следующие условные группы:

0. Атмосферостойкие, применяемые для наружных покрытий изделий, которые используются в различных климатических условиях.

1. Стойкие, применяемые внутри помещений - станочное оборудование, бытовые приборы.

2. Стойкие к различным агрессивным средам - оборудование химических цехов, ТЭЦ и др.

3. Термостойкие - изделия, подвергающиеся воздействию повышенных температур.

4. Электроизоляционные - изделия, подвергающиеся воздействию электрического тока.

Лакокрасочные покрытия могут быть прозрачными и непрозрачными. К прозрачным относятся различные олифы и лаки, а к непрозрачным - краски и эмали, содержащие цветные пигменты. Они придают изделию определенный цвет и эстетическое качество, а так же оказывают существенное влияние на физико - химические свойства покрытия, повышая его прочность и атмосфероустойчивость.

Из перечисленных групп лакокрасочных материалов наиболее широкое применение в машиностроении и строительстве находят первая и вторая, в радиоэлектронике - четвертая и пятая.

Наряду с лакокрасочными материалами успешно применяются органические покрытия из пластмасс, получаемые на основе порошкообразных термопластичных полимеров, имеющих сравнительно небольшой интервал температур с достаточной текучестью и с термостойкостью в этом интервале.

Добавление к полимерным порошкам мелкодисперсных пигментов дает возможность получать цветные покрытия с хорошими декоративными свойствами. Пластмассовые покрытия обладают удовлетворительной стойкостью в атмосфере, но нестойкие в большинстве органических растворителей.

Покрытия из полиэтилена формируются при 200^оС, а полипропиленовые и поливинилбутиральные - при 240 - 270^оС. Эти покрытия обладают хорошими защитными свойствами в атмосферных условиях, а также в среде органических кислот и минеральных масел.

Гальванические и стеклоэмалевые покрытия.

В художественном конструировании применяются различные неорганические покрытия.

Существует много видов гальванических покрытий, которые нашли широкое применение во всех отраслях промышленности и могут быть использованы в качестве металлических изделий от коррозии, так и декоративных средств. Нанесение гальванических покрытий представляет собой электро - химический процесс осаждения металлического слоя на металло - изделие. Для декоративной отделки применяются:

0. Никелирование - нанесение на поверхность металлических изделий никелевых покрытий. Никель является наиболее универсальным из всех металлов благодаря своей технологической стойкости в различных кислых и щелочных растворах и надежному сцеплению с любым металлом. Он защищает изделие от коррозии и одновременно предает ему красивый внешний вид. При непосредственном контакте со сталью однослойное покрытие никеля сравнительно быстро тускнеет и разрушается во влажной атмосфере. Этот существенный недостаток устраняется при двухслойном покрытии. Применяется никелевое покрытие для окончательной отделки изделий.

2. Хромирование нашло широкое применение во всех областях промышленности. Хромируются наружные и внутренние арматуры транспортных средств, также используется для декоративной отделки различных изделий широкого потребления. Наиболее износостойким и твердым покрытием среди металлических считается хромовое. Оно не тускнеет во влажной атмосфере и обладает высокой отражательной способностью. Существуют различные виды хромирования: защитно - декоративное, твердое, равномерное черное, агатовое, холодное и пористое. При защитно - декоративном хромировании для улучшения коррозийной стойкости в качестве подслоя наносят никель или медь.

3. Меднение - электролитическое нанесение поверхностного медного слоя на металлические изделия. Производится для образования промежуточного слоя при никелировании и хромировании, но как средство защиты от коррозии фактически не применяется (применением промежуточного покрытия медью достигается лучшее сцепление основного металла с металлом покрытия и этим самым облегчается его полирование при декоративных покрытиях).

4. Серебрение - гальваническое нанесение серебра на изделие в защитно - декоративных и специальных целях, преимущественно на токопроводящие детали. Чтобы придать изделиям дымчатый или черный цвет применяется оксидирование серебра.

5. Золочение - покрытие изделий тонким слоем золота. Достоинство состоит в том, что покрытие золотом не окисляется и не тускнеет на воздухе. Толщина покрытия колеблется от долей мкм до нескольких мкм.

6. Лужение изделий оловом отличается характерной особенностью - покрытие совершенно безвредно для живых организмов и прежде всего для человека. Это свойство обусловило его широкое применение. Лужение производится двумя способами: гальваническим, контактным и горячим. Гальванический способ наиболее экономичен, обеспечивает малую пористость покрытия. Толщина слоя покрытия в зависимости от назначения изделия колеблется от 2 до 25 мкм.

43. Принципы и критерии проектирования односторонних, двусторонних и многослойных печатных плат. Выбор диэлектрических оснований печатных плат с учетом конструктивных, эксплуатационных, технологических и электрических требований к радиоэлектронным модулям. Современные САПР печатных плат.

Для получения оптимальной трассировки используют следующие критерии:

1) минимум суммарной взвешенной длины соединений;

2) минимум числа соединений, длина которых больше заданной;

3) минимум числа пересечений проводников;

4) максимальное число соединений между элементами, находящимися в соседних позициях либо в позициях, указанных разработчиком;

5) максимум числа цепей простой конфигурации.

Наибольшее распространение в алгоритмах размещения получил первый критерий, что объясняется следующими причинами: уменьшение длин соединений улучшает электрические характеристики устройства, упрощает трассировку печатных проводников и снижает трудоемкость изготовления печатных плат; кроме того, он сравнительно прост в реализации.

Широко распространенными конструкционными материалами являются гетинаксы и стеклотекстолиты.

Гетинакс представляет собой слоистый диэлектрик, получаемый методом горячего прессования бумаги, пропитанной фенольной или эпоксидной смолой. Гетинакс хорошо обрабатывается и является самым дешевым материалом, но обладает высоким водопоглащением (2,9%), существенно влияющим на электрическое сопротивление изоляции ПП в условиях повышенной влажности. Поэтому его применяют в РЭС, не испытывающих циклическое интенсивное воздействие климатических факторов, вызывающих конденсацию воды на поверхности диэлектрика.

Диэлектрик в стеклотекстолите состоит из слоев стеклоткани, в большинстве случаев пропитанных эпоксидной смолой. Для обеспечения однородности свойств стеклотекстолита в различных направлениях волокна в слоях стеклоткани располагаются перпендикулярно друг другу. Стеклотекстолит отличается низким (0,2 – 0,3%) водопоглащением, благодаря чему они могут эксплуатироваться в сложных климатических условиях. Диапазон рабочих температур традиционных стеклотекстолитов составляет от – 60 до 150 ⁰С.

Для производства жестких ПП производятся фольгированные гетинаксы и стеклотекстолиты, покрытые медной фольгой с одной или двух сторон. Толщина фольги стандартизирована и имеет значения 5, 18, 35, 50, 70 и 105 мкм. Фольга характеризуется высокой чистотой состава (99,5%), пластичностью, высотой микронеровностей 0,4 – 0,5 мкм и однородностью кристаллической структуры. Последнее свойство имеет большое значение для равномерного травления меди по всей поверхности заготовки ПП.

Стеклотекстолит СФВН – новый материал, разработанный для проектирования РМ, подвергающихся длительное время воздействию высоких температур. Его максимальная рабочая температура составляет 280 ºС. СФВН обладает низким коэффициентом линейного расширения и хорошей стабильностью линейных размеров. Связующим звеном в этом стеклотекстолите является не эпоксидная смола, а бисмалеимидный полимер, модифицированный различными соединениями, которые отличаются высокой адгезионной активностью и теплостойкостью. В табл. 2.2 приведены свойства материала СФВН и для сравнения свойства стеклотекстолита FR-4 (фирма ISOLA, Германия), удовлетворяющего требованиям международных стандартов.

Свойства текстолитов толщиной 1,5 мм	СФВН	FR-4
Поверхностное электрическое сопротивление, Ом: - в исходном состоянии - после выдержки образцов в течение 96 ч при 40ºС и относительной влажности 93% Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 1МГц: - после выдержки в течение 48ч в дистиллированной воде при 50ºС Диэлектрическая проницаемость при частоте 1 МГц: - в исходном состоянии - после выдержки в течение 48ч дистиллированной воде при 50ºС Стабильность линейных размеров, %: - после удаления фольги - после термостатирования при 180ºС в течение 1ч. Класс горючести	4,5·1014 1·1014 0,011 4,3 4,4 0,03 0,03 Негорючий	2·1015 1·1015 0,016 4,5 4,7 0,02 0,03 Негорючий

Фирма ISOLA производит также материалы FR-2 (наполнитель – бумага, связующие – фенольная смола), FR-3 (наполнитель – бумага, связующие эпоксидная смола), FR-5, G-10 и G-11 (наполнитель – стеклоткань, связующее – эпоксидная смола) и др.

Высококачественные материалы, соответствующие мировым стандартам, разработаны АОЗТ «Молдавизолит». Примером этих материалов являются следующие:

- МИ1112 –гетинакс фольгированный (тип FR-2);

- МИ1222 – стеклотекстолит фольгированный (тип FR-4).

Материалы МИ1112 и МИ1222 поставляются с односторонним и двусторонним фольгированием диэлектрика.

Нефольгированные диэлектрики применяют при аддитивной и полуаддитивной технологиях производства ПП. Получили распространение два типа материалов – СТЭК и СТАМ. Материал СТЭК содержит на поверхности тонкий (50 – 100 мкм) полуотвержденный клеевой слой (например, эпоксиднокаучуковую композицию), который повышает адгезию меди к диэлектрику при ее избирательном осаждении. Материал СТАМ характерен тем, что в лак, пропитывающий стеклоткань, вводят 0,1-0,3 мас.% палладия, смеси палладия с оловом или закиси меди. Эти примеси незначительно снижают электрическое сопротивление изоляции диэлектрика, но способствуют избирательному осаждению меди и повышению качества металлизации.

Помимо нефольгированных диэлектриков при изготовлении ПП по полуаддитивной технологии используют стеклотекстолит марок СТПА-5-1 и СТПА-5-2 с толщиной фольги 5 мкм, которая удаляется с пробельных участков после наращивания меди на поле проводников.

Для производства ПП микроволнового диапазона применяют отечественный материал ФЛАН, получаемый из композиции на основе полифениленоксида. Он облицован с двух сторон медной фольгой; отличается стабильностью диэлектрической проницаемости и низкими диэлектрическими потерями. Сверхвысокочастотным является и материал Брикор (Франция), изготавливаемый на основе Арилокса, покрытый с двух сторон медной фольгой толщиной 18 или 35 мкм. Диэлектрическая проницаемость Брикора значительно меньше, чем у гетинаксов и стеклотекстолитов и составляет около 2.

Полиимид один из теплостойких материалов; его максимальная рабочая температура около 250 ºС. Он обладает высокой прочностью на растяжение, несгораемостью и радиационной стойкостью. Главными недостатками полиимида являются:

- значительное водопоглощение (около 3%), которое приводит к ухудшению изоляции ПП, а также может вызывать деградационные явления при пайке;

- низкая адгезия к полиимидной пленке металлических и неметаллических материалов;

- высокая стоимость.

В МПП применяются в основном фольгированные материалы с толщиной диэлектрика 0,08 – 0,5 мм, покрытые с одной или с двух сторон медной фольгой (табл. 2.4).

Фольгированный травящийся стеклотекстолит применяют при изготовлении ПП методом металлизации сквозных отверстий.

Для соединения отдельных слоев МПП при их изготовлении методом прессования нашли применение различные прокладочные стеклоткани, пропитанные термореактивным связующим, например стеклоткани марок СП-1, СПТ (травящаяся), СПС (самозатухающая), СТП-3 и СТП-4. Стеклоткани имеют следующие основные характеристики: толщина 0,025 – 0,1 мм; массовая доля связующего 48-56%; массовая доля летучих веществ 0,75 – 1,2%.

Современные САПР печатных плат.

Состав САПР

Разнообразие средств и выполняемых функций обусловливает сложность структуры САПР, в которой выделяют ряд видов обес­печения и подсистем.

Виды обеспечения САПР. Компонентами САПР являются виды обеспечения — техническое, математическое, программное, линг­вистическое, информационное, методическое и организационное.

Подсистемы САПР. При проектировании все компоненты САПР функционируют во взаимодействии. Для пользователя аппаратные и программные средства выступают как единое целое, образуя инст­румент проектирования. Этот инструмент сложен и неоднороден, в нем можно выделить отдельные структурные единицы: комплексы программно-методические (ПМК) и программно-технические (ПТК), подсистемы САПР.

Подсистема САПР — это составная структурная часть САПР, обладающая всеми свойствами системы и являющаяся самостоятельной системой. Подсистемы САПР могут быть проектирующими или обслуживающими. Первые из них непосредственно участвуют в выполнении проектных процедур, а вторые обеспечивают правильное функционирование первых. По степени универсальности подсистемы делятся на объектные, ориентированные на определенный класс проектируемых объектов, и на инвариантные — не связанные с какими-либо конкретными типами объектов. Типичные проектирующие подсистемы в САПР ЭВМ — подсистемы функционально-логического и конструкторского проектирования.

Основные обслуживающие подсистемы: управляющая (мониторная) система САПР и система управления базами данных. Промежуточное положение между проектирующими и обслуживающими подсистемами в большинстве САПР занимает подсистема машинной графики.

Любая система проектирования печатных плат представляет собой сложный комплекс программ, обеспечивающий сквозной цикл, начиная с прорисовки принципиальной схемы и заканчивая генерацией управляющих файлов для оборудования изготовления фотошаблонов, сверления отверстий, сборки и электроконтроля. Однако условия современного рынка накладывают дополнительные требования на эти системы.

Наилучших результатов добилась компания Mentor Graphics

Пакет Expedition PCB Основу системы составляет среда AutoActive,

Далее по мощности предлагаемых решений идёт компания Cadence. Для верхнего уровня проектирования предлагается пакет PCB Design Studio

Cadence, пакет OrCAD .

Третьим САПР печатных плат можно назвать пакет Protel DXP главным новшеством системы Protel DXP должен был стать топологический автотрассировщик Situs, призванный реализовать новый подход к автоматической разводке плат.

P-CAD 2002

Легко заметить, что мощность всех перечисленных выше программ в значительной мере определяется встроенными средствами анализа электромагнитной совместимости. В этой связи нельзя не отметить некоторые специализированные программы. Современные тенденции развития цифровой техники диктуют необходимость изменения подхода к этой проблеме. Большинство современных программ анализа EMC используют модели микрополосковых линий, считающих проводники питания и заземления идеальными, и не учитывают распределение токов в них.

Отдельной задачей проектирования печатных плат является тепловой анализ.

Важным этапом проектирования печатных плат является подготовка уже разработанного проекта к производству. Под этим подразумевается генерация управляющих файлов для изготовления фотошаблонов, станков для сверления отверстий, оборудования для автоматического тестирования плат и расстановки компонентов. Как правило, все системы проектирования печатных плат имеют встроенные средства генерации таких файлов, тем не менее, имеется ряд задач, которые необходимо выполнять в специально предназначенных для этого продуктах.