Разработка печатной платы

5. Разработка печатной платы

Печатные платы являются основными конструктивными единицами любой радиоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры, так как печатный монтаж обеспечивает повторяемость параметров от образца к образцу дает возможность точно и просто идентифицировать установленные на плату элементы и обеспечивает высокую надежность изделий за счет использования стандартных хорошо отработанных технологических процессов их изготовления. Преимущество печатного монтажа заключается также в компактности аппаратуры и уменьшении ее массы.

Кроме того, технология печатного монтажа не зависит от функционального назначения аппаратуры, т.е. технология изготовления печатных плат для радиовещательной аппаратуры, телевизионных приемников, персональных ЭВМ одинакова. Поэтому возможны механизация и автоматизация как технологических процессов изготовления самих плат , так и процессов установки на них компонентов и сборки аппаратуры.

Печатные платы изготовляют из хромированных под высоким давлением слоистых пластиков, к которым с одной или двух сторон приклеивают медную фольгу. Такой пластик состоит из слоев волокнистого материала, склеенных между собой термореактивной смолой под давлением и при повышенной температуре. Материалом может быть диэлектрическая бумага, пропитанная фенольной смолой, или стеклоткань с непрерывными волокнами, склеенная компаундом на основе эпоксидной смолы. За рубежом такие материалы имеют фирменные названия, а в нашей стране первый материал получил название “фольгированный гетинакс”, а второй - “ фольгированный стеклотекстолит”.

Материалы на бумажной основе легче поддаются технической обработке, однако по сравнению со стеклотекстолитом они менее стойки к температурным перепадам и другим внешним воздействиям.

К печатным проводникам применимы те же способы выполнения монтажа, которые используются в обычных конструкциях. Однако если при монтаже изолированным проводом возможны пересечения проводников, то при печатном монтаже их размещают только в одной плоскости, а в результате этого невозможно их пересечение.

Чтобы в точках пересечения проводников возникали контакты, необходимо изменять пути прокладки проводников.

В некоторых случаях для избежания контакта при пересечениях применяют переходы на противоположную сторону с помощью металлизированных переходных отверстий.

При выборе формы проводников используют один из вариантов: либо применяют плавные линии печатных проводников, которые обеспечивают кротчайшие соединения элементов, либо вычерчивают рисунок печатных проводников в виде прямых линий и прямых углов. Этот метод характеризуется тем, что место каждой линии заранее определяется координатной сеткой, рисунок проводников получается простым.

Существует большое количество методов изготовления печатных плат, основными из которых являются:

1. Химический метод, который в зависимости от способа нанесения защитного рисунка делится на:

1.1. фотохимический способ;

1.2. сеточно-химический способ;

1.3. офсетно-химический способ;

2. Электрохимический метод:

2.1. фотоэлектрохимический способ;

2.2. сеточно-электрохимический способ;

2.3. офсетно-электрохимический способ;

3. Комбинированный метод:

3.1. комбинированный позитивный способ;

3.2. комбинированный негативный способ;

4. Метод переноса.

5. Метод вжигания серебра.

6. Метод копирования и т.д.

Для односторонних печатных плат применяются фотохимический или электрохимический метод. Для двусторонних печатных плат - комбинированный метод.

При стандартной технологии печатные платы изготовляют на фольгированном диэлектрике комбинированным позитивным или комбинированным негативным методом. Их называют комбинированными потому, что в обоих случаях вытравливания рисунка печатных проводников производится химическим способом, а наращивание меди на проводники и контактные площадки - электрохимическим.

Рассмотрим комбинированный позитивный метод. Последовательность основных операций изготовления печатных плат позитивным методом: заготовка из фольгированного стеклотекстолита или гетинакса покрывается слоем фоторезиста.

Фоторезист - это высокомолекулярное соединение, которое изменяет свои свойства под действием ультрафиолетового излучения.

С одной стороны, смещение спектральной чувствительности в коротковолновую область спектра - это хорошо, так как позволяет обходиться без темного помещения и работать при свете обычных ламп накаливания. C другой стороны, чувствительность к ультрафиолетовым лучам вызывает необходимость использования ртутных ламп в кварцевом баллоне, которые менее удобны в использовании, чем обычные.

Под действием излучения происходит фотополимеризация слоя, в результате которой пропадает растворимость в обычных растворителях, поэтому после проявления на освещенных участках поверхности образуется защитный рельеф, а на защищенных - слой фоторезиста остается без изменения и в дальнейшем вымывается. Из-за чувствительности соединений к свету и способности сопротивляться действию травителей их называют фоторезистами.

Экспонирование фоторезистов, нанесенных на поверхность фольгированного диэлектрика, производится через фотошаблон, в котором система прозрачных и непрозрачных участков образует требуемый рисунок проводников и контактных площадок. При последующем проявлении удаляется часть фоторезиста и образуется защитный рельеф с рисунком и размерами, определяемыми фотошаблоном. При этом методе защитный слой фоторезиста сохраняется на пробельных участках, а проводники и контактные площадки остаются открытыми. Поскольку фотошаблон при пробном процессе соответствует позитивному изображению печатной платы (темные проводники на светлом фоне), то и сам метод называют позитивным.

После проявления рисунка схемы плату покрывают слоем лака для защиты от механических повреждений и направляют на сверление отверстий. Эта операция нарушает непрерывность процесса, так как сушка и задубливание лака занимает несколько часов. Затем сверлят переходные и монтажные отверстия и производят их химическое меднение. Далее следует удаление защитного слоя и гальваническое осаждение меди на проводники, контактные площадки и в отверстия.

При электролитическом наращивании соединение с катодом осуществляются сплошным слоем медной фольги, покрывающим диэлектрик. Этот слой защищает также поверхность диэлектрика от воздействия электролита.

На следующем этапе поверх медного слоя гальваническим способом наносят защитное покрытие из сплава олово - свинец, после чего с пробельных мест удаляют защитный слой фоторезиста и стравливают фольгу.

Изготовление печатной платы завершается химической обработкой защитного покрытия для улучшения его способности к пайке.

Позитивный метод позволяет изготовить печатные платы с повышенной плотностью монтажа, например, с расстоянием между проводниками в узких местах 0,35 - 0,5 , с хорошими электрическими параметрами и высокой прочностью сцепления проводников с основанием.

При комбинированном негативном методе защитный слой фоторезист наносят на проводники и контактные площадки, поэтому фотошаблон имеет негативное изображение платы (прозрачные проводники на темном фоне). Порядок операций при этом измениться, но их количество и общий характер сохраняются.

После покрытия платы лаком для ее защиты от механических повреждений производят сверление отверстий и их химическую металлизацию.

Следующей операцией является гальваническое осаждение меди на проводники и отверстия. Для обеспечения электрического контакта с катодом создают дополнительные проводники и прошивают отверстия платы медным проводом.

В некоторых случаях применяют специальные рамки и другие приспособления, обеспечивающие электрический контакт со всеми участками, на которые медь должна наращиваться гальваническим способом. Последовательность технологических операций при негативном комбинированном методе изготовления почти такой же, как и при позитивном методе.

Основной недостаток негативного метода заключается в том, что щелочные и кислотные растворы, применяемые при металлизации отверстий, воздействуют на участки диэлектрика, не защищенные медной фольгой, что может привести к ухудшению электрических параметров готовой платы. В то же время негативный метод менее трудоемок, чем позитивный. Потому в тех случаях, когда к платам не предъявляют повышенных требований, применяют комбинированный негативный метод.

Общим недостатком обоих методов изготовления печатных плат является необходимость покрытия заготовок перед сверлением для защиты от механических повреждений печатных проводников. Сушка лака и его удаление после сверления и химического меднения отверстий увеличивают трудоемкость процесса и длительность технического цикла, нарушают его непрерывность. Поэтому нельзя создать автоматическую поточную линию производства печатных плат.

При ручном изготовлении указанный порядок следования операций должен сохраняться, так как слой фоторезиста и образованный им рисунок печатных проводников указывают на расположение отверстий. Следовательно, рисунок должен создаваться до сверления.

Операция сверления отверстий является процессом трудоемким, поскольку число отверстий, например, на платах среднего размера составляет несколько сотен, а на платах с ИМС в корпусах со штырьковыми выводами тысячи.

Таким образом, возникает проблема автоматизации сверления отверстий, решение которой можно достичь с использованием станков с числовым программным управлением (ЧПУ).

Изготовление ЧПУ для сверления отверстий в печатных платах упрощает весь процесс, делая его более приспособленным для дальнейшей автоматизации.

В соответствии со схемой электрической принципиальной разработана односторонняя печатная плата ОС с применением фольгированного стеклотекстолита с габаритными размерами 70мм×120мм.

При разводке были использованы печатные проводники шириной 0,8мм и 1,5мм (для силовой цепи управления).

Разводка платы производилась с использованием САПР P-CAD 2000 в ручном режиме.

Система автоматизированного проектирования радиоэлектронной аппаратуры P-CAD 2000 разработана фирмой "ACCEL Technologies, Inc." для ПЭВМ IBM PC / AT. Она работает под управлением операционных систем Windows 95 или Windows NT 4.0 и выше. Минимальный объем оперативной памяти для пользования системой должен быть не менее 16 Мбайт, рекомендуется 32 емкость памяти на жестком магнитном диске - не менее 50 Мбайт, необходим процессор Pentium 90. Возможности САПР P-CAD 2000 приведены в таблице 3.1.

САПР P-CAD 2000 позволяет выполнить следующие проектные операции:

— создание графических изображений компонентов принципиальной схемы и их физических образов;

— графический ввод чертежа принципиальной электрической схемы и чертежа печатной платы проектируемого устройства;

— одно и двухстороннее размещение элементов с планарными и многослойными контактными площадками на поле печатной платы с печатными и навесными (вырубными) шинами питания в интерактивном режиме и автоматическом режимах;

Таблица 5.1 – возможности САПР P-CAD 2000

— ручную и автоматическую трассировку печатных проводников произвольной ширины в интерактивном режиме;

— размещение межслойных переходов;

— автоматизированный контроль результатов проектирования печатной платы на соответствие принципиальной электрической схеме и технологическим ограничениям;

— автоматическую коррекцию электрической принципиальной схемы по результатам размещения элементов на печатной плате (после эквивалентной перестановки компонентов и их выводов);

— выпуск конструкторской документации (чертеж принципиальной схемы, деталировочный и сборочный чертежи) и технологической информации на проектируемую печатную плату.

Разработанный печатный узел имеет одностороннюю установку радиоэлементов. Расстояние от стенки корпуса до лицевой стороны основной печатной платы равно 25мм. Ширина устройства равна 70мм. Таким образом, габаритные размеры ОС следующие: 120мм×70мм×35мм.

Похожие работы

Микропроцессорная система охранной сигнализации автомобиля

Скачать

109723

12

32

... , элементы питания – 2400 мм2) высота пульта управления с учётом ширины корпуса будет равна 10 мм. 7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ 7.1 Характеристика проекта Проектируемая система представляет собой систему охранной сигнализации автомобилей. В разрабатываемой системе будут реализованы функции, как автономной охраны, так и централизованной. Так, например, она будет в режиме «Тревога» ...

Охранные системы автомобилей

Скачать

76986

14

2

... полностью выключена и автомобиль в таком состоянии можно отдавать в сервис, сняв со связки ключей все брелки. Вам не придется обучать слесаря, которого вы видите в первый раз, всем премудростям охранной системы автомобиля. Зачем ему это! Таким образом, никто кроме вас не будет знать где и какие охранные системы установлены на вашем автомобиле. Другой функцией выключателя «Valet» является то, что ...

Способы дистанционного управления и требования к основным компонентам СКУД

Скачать

15444

0

0

... (магнитные защелки, задвижки и т.п.) закрывающих элементов с возможностью перемещения их вручную при открывании или закрывании в экстремальных условиях Рассмотрим требования к основным компонентам СКУД. Требования к устройствам идентификации   Считыватели должны обеспечивать надежное считывание кода с идентификаторов преобразование его в электрический сигнал и передачу на контроллер. ...

Системы охранной сигнализации

Скачать

22025

1

0

... охраны имеют слабую защищенность от саботажа и как правило являются системами одноразового действия, поэтому их целесообразно применять только в комплексе с другими периметральными системами охранной сигнализации. При оснащении объектов, имеющих ограждения (заборы), в качестве периметральных систем охранной сигнализации рекомендуется использовать в основном емкостные, радиолучевые, радиоволновые ...