Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Конструктивно-технологические особенности печатных плат
|
|
Землянский Г.П.
З 53 Исследование геометрии проводящего рисунка печатной платы [Текст]: методические указания к лабораторному практикуму / Г.П. Землянский. - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2005.- 31с.
В методических указаниях рассмотрены конструктивно-технологические особенности печатных плат, методы их изготовления, приведена методика расчета геометрических параметров печатных плат с учетом технологических ограничений, выданы рекомендации по проведению лабораторной работы.
Методические указания предназначены для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Технология радиоэлектронных средств» студентами специальности 210201 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств».
ББК 32.85 я7
© Землянский Г.П., 2005
© ГОУ ОГУ, 2005
Содержание
Введение.............................................................................................................. 4
1 Конструктивно-технологические особенности печатных плат...................... 4
2 Методы изготовления печатных плат........................................................... 13
3. Методика расчета геометрических параметров печатного монтажа с учетом технологических ограничений......................................................................... 20
3.1 Выбор параметров печатного монтажа..................................................... 20
3.2 Расчет минимального диаметра металлизированного отверстия............. 22
3.3 Расчет диаметра контактных площадок.................................................... 22
3.4 Расчет ширины проводников..................................................................... 25
3.5. Расчет минимальных расстояний между элементами проводящего рисунка 26
4 Порядок выполнения работы........................................................................ 27
5 Cодержание отчета........................................................................................ 28
6. Контрольные вопросы.................................................................................. 28
7 Безопасность проведения работ.................................................................... 28
8 Рекомендуемая литература........................................................................... 28
9 Варианты задания.......................................................................................... 29
Введение
В процессе выполнения данной лабораторной работы студенты должны закрепить основные теоретические знания по методам изготовления печатных плат. Ознакомиться с особенностями некоторых операций технологического процесса изготовления печатных плат, на конкретных примерах освоить маршрутную технологию изготовления печатных плат. Освоить методику расчета геометрических параметров печатного монтажа с учетом технологических ограничений.
Конструктивно-технологические особенности печатных плат
В отечественной промышленности применяются следующие (рисунок 1.1, 1.2) типы печатных плат (ПП): односторонние (ОПП), двусторонние (ДПП), многослойные (МПП), гибкие (ГПП) и проводные печатные платы 
(ППП).
Рисунок 1.1 – Классификация печатных плат
| Типы плат | Виды плат | Схемы сечений плат | Области приме- нения плат |
| ОПП | Без металли- зированных отверстий | 
| Бытовая аппаратура |
| С металли- зированными отверстиями | 
| Бытовая аппаратура | |
| ДПП | На диэлект- рическом основании | 
| ТЭЗы, ЭВМ, ячейки, ЭВА, РЭА |
| На металли- ческом основании | 
| Вычислительная аппаратура спец. назначения | |
| МПП | С межслой-ными соеди-нениями | 
| ТЭЗы, ЭВМ, Субблоки, ЭВА, РЭА |
| Без межслойных соединений | 
| Субблоки ЭВА, РЭА | |
| ГПП | ГПП | 
| |
| ГПК, шлейфы | 
| Коммутирующие устройства | |
| ППП | С печатным рисунком | 
| Макетирование ЭВА, (РЭА), опытное производ., сложные ПП |
| Без печатным рисунком | 
| Макетирование ЭВА, (РЭА), опытное производ., сложные ПП |
Рисунок 1.2 – Классификация печатных плат по конструкторскому исполнению
Печатные платы служат основой функциональных узлов и несущим элементом их конструкции. При сохранении всех возможностей проводного монтажа применение ПП позволяет: обеспечить значительное повышение плотности межсоединений и возможность миниатюризации аппаратуры; гарантировать стабильную повторяемость параметров изделий одновременно о возможностью повышения электрических нагрузок в цепях; повысить надежность и качество аппаратуры: улучшить вибро- и механическую прочность, условия теплоотдачи и устойчивость соединений к климатическим факторам; осуществить унификацию и стандартизацию функциональных узлов и блоков аппаратуры; уменьшить трудоемкость изготовления аппаратуры и обеспечить возможность механизации и автоматизации ее производства.
ОПП представляют собой диэлектрическое основание с отверстиями, пазами, вырезами и т.п., на одной стороне которого выполнен проводящий рисунок, а на другой при сборке узла размещают микросхемы и электрорадиоэлементы.
ДПП имеют проводящий рисунок на обеих сторонах основания.
Необходимые соединения выполняют с помощью металлизированных отверстий и контактных площадок (КП).
МПП состоят из чередующихся слоев изоляционного материала и проводящего рисунка. Между проводящими слоями в структуре плат могут быть или отсутствовать межслойные соединения.
ГПП имеют эластичное основание и выполняются, как правило, двусторонними с металлизированными отверстиями и контактными площадками для пайки навесных элементов. Толщина ГПП выбирается в пределах 0, 1...0, 5 мм, что позволяет изгибать их с определенным радиусом, сворачивать в цилиндр и т.д.
ГПК (шлейфы) состоят из одного или нескольких непроводящих слоев, на которых размещены печатные проводники. Гибкие кабели хорошо выдерживают большое количество перегибов, вибрацию и применяются для межсоединений узлов и блоков РЭА (ЭВА), так как по сравнению с круглыми кабелями, они в несколько раз легче и занимают меньшие объемы.
Проводные платы представляют собой сочетание ДПП, на которой выполнен постоянный проводящий рисунок схемы (контактные площадки, шины земли и питания), с проводным монтажом из изолированных проводов диаметром 0, 1...0, 2 мм.
В зависимости от механических требований и метода изготовления номинальный размер толщины ПП следует выбирать равным 0, 8; 1, 0; 1, 5; 2, 0; 2, 5; 3, 0 мм.
Толщина МПП (Нрасч.) определяется толщиной основного материала, числом слоев, толщиной прокладок (по стеклоткани) между слоями, их количеством, технологией склеивания и рассчитывается по формуле
,
где Нс - номинальная толщина материала слоя печатной платы, мм;
Нпр - номинальная толщина прокладки по стеклоткани, мм.
Толщина склеивающих прокладок между смежными слоями должна быть не менее двух толщин проводников, располагающихся на внутренних слоях, между которыми рассчитывается число прокладок При определении размеров ПП необходимо отдавать предпочтение меньшим габаритам, даже если общее число плат в блоке при этом увеличивается. При производстве плат размером более 240 мм усложняется технологическое оборудование, увеличивается брак, связанный с некоторой нестабильностью качества исходного материала по полю заготовок, уменьшается допустимая плотность проводящего рисунка схемы и непропорционально возрастает трудоемкость изготовления ПП. Например, при переходе от типовой МПП, имеющей размеры 135× 240 мм, к МПП, линейные размеры которой увеличены в 1, 5 раза, трудоемкость изготовления увеличивается в 3 раза. Следует также учитывать, что при увеличении размеров плат снижаются их жесткость, вибропрочность и увеличивается абсолютная величина возможного коробления. Толщина ГПК выбирается в пределах 0, 06...0, 30 мм.
Размеры каждой стороны печатной платы должны быть кратными:
2, 5 - при длине до 100 мм;
5, 0 - при длине до 350 мм;
10, 0 - при длине более 350 мм.
Максимальный размер любой из сторон должен не более 470 мм. Соотношение линейных размеров сторон печатной платы должно быть не более 3: 1, однако, в технически обоснованных случаях могут быть применены платы с большим соотношением сторон или с формой, отличной от прямоугольной.
Центры монтажных и переходных отверстий должны располагаться в узлах координатной сетки, шаг которой по ГОСТ 10317-79 равен 2, 50; 1, 25; 0, 625; 0, 50 мм. Центры отверстий под неформуемые выводы многовыводных навесных элементов, расстояния между которыми не кратны шагу координатной сетки, располагают таким образом, чтобы в узле сетки находился центр одного из отверстий, а центры отверстий под остальные выводы располагалисьсогласноконструкции элемента.
Диаметры монтажных, переходных, металлизированных и неметаллизированных отверстий в зависимости от диаметра вывода навесного элемента должны быть выбраны из ряда: 0, 4; 0, 5; 0, 6... 3, 0 мм. Разница между диаметром вывода и диаметров металлизированного отверстия должна быть не более;
0, 4 мм - для выводов диаметром от 0, 4 до 0, 8 мм;
0, 6 мм - для выводов диаметром свыше 0, 8мм.
Допуски на обработку отверстий устанавливаются следующие:
+ 0, 05 мм - для отверстий диаметром до 0, 4 мм;
+ 0, 10 мм - для отверстий диаметром от 0, 4 до 0, 8 мм;
+ 0, 12 мм - для отверстий диаметром свыше 0, 9 мм.
Шероховатость поверхностей монтажных неметаллизированных отверстий и неметаллизируемых торцов печатных плат должна соответствовать RZ ≤ 80 ПО ГОСТ 2789-73.
Шероховатость поверхностей монтажных и переходных металлизированных отверстий и металлизируемых торцов печатных плат (до металлизации) должна соответствовать RZ ≤ 40 по ГОСТ 2789-73.
Металлизированные отверстия на наружных слоях ДПП и МПП со стороны фольги должны иметь контактные площадки. На внутренних сдоях МПП контактные площадки должны быть у отверстия на тех сдоях, по которым к ним подходят проводники. КП рекомендуется выполнять круглой, прямоугольной или близкой к ним формы.
Печатные проводники выполняют одинаковой ширины на всемихпротяжении. Для прохождения узкого места при ручном проектировании следует сужать проводник до минимально допустимых значений его ширины на возможно меньшей длине.
Расстояние от края печатной платы, паза, выреза, неметадлизированного отверстия (диаметром свыше 1, 5 мм) до элементов проводящего рисунка не должно быть менее номинальной толщины печатной платы с учетом допуска на линейный размер печатной платы; для печатных плат толщиной менее 1 мм и для ГПК - на расстоянии не менее 1 мм; на стороне установки соединителя - на расстоянии не менее 0, 8 мм.
Элементы проводящего рисунка следует располагать от края неметаллиэированного отверстия диаметром до 1, 5 мм включительно на расстоянии не менее 0, 5 мм.
ГОСТ 28751-86 устанавливает пять классов точности (плотности проводящего рисунка) ПП и ГПК в соответствии со значениями основных параметров и предельных отклонений элементов конструкции.
Наименьшие номинальные значения основных размеров элементов конструкции ПП и ГПК для узкого места в зависимости от классов точности приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Номинальные значения основных размеров для класса точности
| Условное обозначение параметра * | Номинальные значения основных размеров для класса точности | ||||
| *t, мм | 0, 75 | 0, 45 | 0, 25 | 0, 15 | 0, 10 |
| S, мм | 0, 75 | 0, 45 | 0, 25 | 0, 15 | 0, 10 |
| b, мм | 0, 30 | 0, 20 | 0, 10 | 0, 05 | 0, 025 |
| 0, 40 | 0, 40 | 0, 33 | 0, 25 | 0, 20 |
*t - ширина проводника;
S - расстояние между проводниками, контактными площадками, проводником и контактной площадкой или проводником и металлизированным отверстием;
b - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки данного отверстия (гарантийный поясок);
- отношение минимального диаметра металлизированного отверстия к толщине платы.
Первый и второй классы характеризуются наименьшей плотностью проводящего рисунка; третий, четвертый и пятый - повышенной и высокой плотностью проводящего рисунка, соответственно.
Максимальные отклонения расстояний между центрами отверстий не должны быть более ±0, 2 мм для плат первого и второго классов, ±0, 1 мм для плат третьего класса (в технически обоснованных случаях для четвертого и пятого классов могут быть заданы в пределах +0, 05 мм).
Требования к печатным платам, на которых осуществляется автоматизированная сборка электрорадиоэлементов и интегральных микросхем, более высокие. Предельные отклонения на межцентровые расстояния между фиксирующими отверстиями должны быть не более ±0, 05 мм, между фиксирующими отверстиями и контактными площадками под планарные выводы - не более ±0, 1 мм, между фиксирующими и монтажными отверстиями - не более ±0, 1 мм. Фиксирующие отверстия предназначены для фиксации печатных плат на рабочем столе, которое выполняют по Н9.
В качестве материалов ПП применяют фольгированные и нефоль-гированные диэлектрики, прокладочную стеклоткань и электроизоляционную пленку для защиты ГПК (таблицы 1.2; 1.3; 1.4).
Таблица 1.2 – Материалы ОПП и ДПП
| Материал | Марка | Толщи на, мм | Материал | Марка | Толщина, мм |
| Гетинакс фольгированный | ГФ-1-35 | 1, 0; 1, 5; 2, 0; 2, 5; 3, 0 | Диэлектрик фольгированный общего назначения с гальваностойкой фольгой | ДФО-1 ДФО-2 (фольга 35мкм) ДФС-1 ДФС-2 (фольга 20мкм) | 0, 06; 0, 08; 0, 1; 0, 13; 0, 15; 0, 20; 0, 25; 0, 3; 0, 4; 0, 5; 0, 8; 1, 0; 1, 5; 2, 0 |
| Гетинакс фольгированный с гальваностойкой фольгой | ГФ-1-35Г ГФ-2-35Г ГФ-1-50Г ГФ-2-50Г | Диэлектрик фольгированный самозатухающий с гальваностойкой фольгой | |||
| Стеклотекстолит фольгированный | СФ-1-35 СФ-2-35 СФ-1-50 СФ-2-50 | 0, 5; 1, 0; 1, 5; 2, 0; 2, 5; 3, 0 | Стеклотекстолит фольгированный с повышенной нагревостойкостью | СФПН-1-50 СФПН-2-50 | 0, 5; 1, 0; 1, 5; 2, 0; 2, 5; 3, 0 |
| То же с гальваностойкой фольгой | Стеклотекстолит фольгированный общего назначения | СОНФ-1 СОНФ-2 | — | ||
| Стеклотекстолит теплостойкий фольгированный с гальваностойкой фольгой | СТФ-1-35 СТФ-2-35 СТФ-1-18 СТФ-2-18 | 0, 08; 0, 1; 0, 13; 0, 2; 0, 15; 0, 3; 0, 25; 0, 5; 0, 35; 0, 8; 1, 5; 2, 5; 1; 2; 3 | Гетинакс фольгированный общего назначения | ГОФ-1-35Г ГОФ-2-35Г | — |
| Стеклотекстолит с двусторонним ад-гезионным слоем | СТЭК | 1, 0; 1, 5 | |||
| Стеклотекстолит теплостойкий и негорючий фольгированный с гальваностойкой фольгой | СТНФ-1-35 СТНФ-2-35 СТНФ-1-18 СТНФ-2-18 | Стеклотекстолит теплостойкий, армированный алюминиевым протектором | СТПА-5-1 СТПА-5-2 (фольга 5мкм) | 0, 1; 0, 12; 0, 13; 0, 15; ОД; 0, 25; 0, 3; 0, 35; 0, 5; 1, 0; 1, 5; 2, 0 | |
| Стеклотекстолит листовой | СТЭФ-1-2ЛК | 1; 2 | Стеклотекстолит с катализатором | СТАМ | 0, 7—2, 0 |
| Стеклотекстолит электротехнический | СТЭФ-ВК- 1-1, 5 | Фольгированный армированный фторопласт | ФАФ-4 (фольга 35 мкм) | — |
Продолжение таблицы 1.2.
| Стеклотекстолит фольгированный теплостойкий | СТФТ | — | Стеклотекстолит теплостойкий | СТАП фольга 5, 18, 35, 50, 70 и 100 мкм на медном или алюминиевом протекторе) | — |
Таблица 1.3 – Материалы МПП
| Материал | Марка | Толщина, мм |
| Фольгированный травящийся стеклотекстолит (гальваностойкая фольга) | ФТС-1-18А ФТС-2-18А ФТС-1-35А ФТС-2-35А ФТС-2-35-Б | 0, 1; 0, 12; 0, 14; 0, 15; 0, 18; 0, 19; 0, 23; 0, 27; 0, 5 |
| Фольгированный диэлектрик для микроэлектронной аппаратуры | ФДМЭ-1А ФДМЭ-2А ФДМЭ-2Б | 0, 1; 0, 13; 0, 16; 0, 20 |
| Диэлектрик фольгированный тонкий | ФДМ-1А ФДМ-2А ФДМ-2Б | 0, 15; 0, 20; 0, 23; 0, 25; 0, 30; 0, 35 |
| Стеклотекстолит теплостойкий фольгированный | СТФ-1-35 СТФ-2-35 СТФ-1-18 | 0, 08; 0, 1; 0, 13; 0, 15; 0, 2; 0, 25; 0, 3; 0, 35; 0, 5; 0, 8; 1, 0; 1, 5; 2, 0; 2, 5; 3, 0 |
| Диэлектрик фольгированный общего назначения | ДФО-1 ДФО-2 (фольга 35 мкм) | 0, 06; 0, 08; 0, 1; 0, 13; 0, 15; 0, 2; 0, 25; 0, 3; 0, 4; 0, 5; 0, 8; 1, 5; 2, 0 |
| Диэлектрик фольгированный самозатухающий | ДФС-1 ДФС-2 (фольга 20 мкм) | |
| Стеклотекстолит теплостойкий негорючий фольгированный | СТНФ-1-35СТНФ-2-35 СТНФ-1-18 | 0, 08; 0, 1; 0, 13; 0, 15; 0, 2; 0, 25; 0, 3; 0, 35; 0, 5; 0, 8; 1, 5; 2, 0; 2, 5; 3, 0 |
| Стеклотекстолит теплостойкий, армированный алюминиевым протектором | СТПА-5-1 СТПА-5-2 (фольга 5 мкм) | 0, 1; 0, 12; 0, 13; 0, 15; 0, 2; 0, 25 |
| Полиимид фольгированный | ПФ-1 (фольга 35 мкм) | 0, 05; 0, 1 |
Продолжение таблицы 1.3.
| Стеклоткань прокладочная | СП-4-0, 025 СП-4-0, 06 СП-4-0, 1 | 0, 025; 0, 06; 0, 1 |
| Стеклоткань прокладочная травящаяся | СПТ-3-0, 025 СПТ-3-0, 06 СПТ-3-0, 1 | |
| Стеклотекстолит фольгированный с повышенной нагревостойкостью | СФВН |
Таблица 1.4 – Материалы ГПП и ГПК
| Материал | Марка | Толщина, мм |
| Лавсан фольгированный | ЛФ-1, (фольга 35; 50 мкм) | 0, 05; 0, 1 |
| Полиимид фольгированный | ПФ-1 ПФ2 | |
| Диэлектрик фольгированный тонкий | ФДМ-1А ФДМ-2А ФДМ-1Б ФДМ-2Б | 0, 1; 0, 13; 0, 16; 0, 2 |
| Фольгированный диэлектрик для микроэлектронной аппаратуры | ФДМЭ-1А (1Б) ФДМЭ-2А (2Б) | 0, 15; 0, 20; 0, 23; 0, 30 |
| Фольгированный армированный фторопласт | ФАФ-4Д | ____ |
| Стеклотекстолит теплостойкий с алюминиевым протектором | СТПА-5-1 СТПА-5-2 | 0, 1; 0, 12; 0, 15; 0, 2; 0, 25 |
| Стеклоткань с эпиксидной пропиткой | СПТ-3 | 0, 025; 0, 1 |
| Лавсан фольгированный | ЛФР | ____ |
В производстве печатных плат используют отечественные и импортные материалы. При выборе материалов следует учитывать следующее:
- при использовании недорогих отечественных материалов для изготовления печатных плат с шириной проводников и зазоров между ними менее 0.3 мм увеличивают количество дефектных плат, что соответственно увеличивает себестоимость изготовления печатных плат на импортных материалах;
- применение отечественных материалов для изготовления двусторонних печатных плат целесообразно при отсутствии повышенных требований по климатическим воздействиям и частотным характеристикам;
- при превышении стоимости модуля 1ого уровня (ячейки, ТЭЗ) стоимости ПП в 10 раз и более целесообразно применение импортных материалов;
- подготовка производства печатных плат с применением импортных материалов в 2 - 2.4 раза дороже по сравнению с отечественными, а изготовление 1дм2 в 1.8 - 2.2 раза и зависит от объемов выпуска и типа производства;
- применение защитных паяльных масок увеличивает стоимость печатных плат на отечественных материалах на 30 - 35%, а на импортных – на 5%.
При производстве печатных плат широко применяют следующие импортные материалы:
- стеклотекстолит фольгированный марки Duraver-E-Cu (FR-4, FR-2, CEM-1 и др.) фирм «Isola AG» (Германия), «MC Electronic» (Австрия) односторонний и двусторонний; размер листа 1070 х 1225мм; толщина листа от 0.05 до 1.5 мм; толщина фольги – 18, 35, 50, 70 и 105 мкм, огнестойкий;
- стеклотефлоновые материалы Duroid «Rogers», TL «Tacanics», Ultralam «Arion» и др;
- материалы электроизоляционные фольгированные завода «Молдавизолит» (Молдавия);
МИ1222 (односторонний) и МИ2222 (двусторонний); размер листа 1020х1220 мм; толщина листа от 0.8 до 3.2 мм; толщина фольги – 18, 35, 50; 70 и 105 мкм; (тип FR-4); огнестойкий;
МИ1222.8 и МИ2222, 8; толщина листа от 0, 06 до 0, 8 мм (тип FR-4); огнестойкий;
МИ1112А, МИ1112В, МИ2112А, МИ2112В (тип FR-2); огнестойкий;
МИ1272 и МИ2272 (тип СЕМ-1); огнестойкий.
Прокладка склеивающая нормируемой горючести марки Тирас Лам МИ6222 (тип В).
Все материалы завода «Молдавизолит» сертифицированы на безопасность потребителя и окружающей среды в системе сертификации «Under-writers Laboratories» (UL) США и Госстандарта Российской Федерации.
Следует отметить, что разработка новых методов изготовления ПП потребовала создания новых диэлектрических материалов. Например, нефольгированный диэлектрик с введеннным катализатором и адгезивным слоем применяется для аддитивного метода, нефольгированный диэлектрик, покрываемый светочувствительной эмульсией водных растворов солей металлов, - для метода фотоформирования. Освоен промышленный выпуск материала слофадит-диэлектрика, покрытого с двух сторон тонким слоем фольги (5 мкм) и предназначаемого для изготовления ДПП электрохимическим (полуаддитивным) методом.