4 . 7 . Материалы для изготовления печатных плат

Для изготовления печатных плат используются различные материалы, в основном это фольгированные и нефольгированные медью пластики различной толщины и типа.

Фольгированный диэлектрик это электроизоляционное основание, покрытое фольгой меди с гальваностойким слоем. Стандартная толщина фольги 5, 20, 35 и 50мкм; зарубежные материалы имеют толщину фольги 5; 17,5; 35; 50; 70 и 105мкм. Чистота меди не менее 99,5%.

Диэлектрики могут быть фольгированы с одной стороны или с двух сторон и имеют толщину от 0,06 до 3,0мм. Поставляются листами с размерами 500х700мм.

Электроизоляционное основание - гетинакс (спрессованные слои электроизоляционной бумаги, пропитанные фенольной смолой); стеклотекстолит (спрессованные слои стеклоткани, пропитанные смолой).

  Пример. 

Для ОПП, ДПП используется фольгированный гетинакс

ГФ-1-35

ГФ-2-35

толщиной 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0мм

или стеклотекстолит

CФ-1(2)-35

СФ-1(2)-50

толщиной 0,8; 1,0; 2,0; 3,0мм.

  Нефольгированные  диэлектрики предназначены для ПП, изготавливаемых аддитивным и полуаддитивным способом.

  Пример .

Нефольгированный стеклотекстолит СТЭК толщиной 1,0; 1,5 с двусторонним адгезивным слоем для ДПП по аддитивному способу; Стеклотекстолит теплостойкий СТПА-5-1 для ПП по полуаддитивному способу с высокой плотностью проводящего слоя.

У нефольгированного диэлектрика на поверхности специально создается адгезивный слой толщиной 50-100мкм для улучшения сцепления наносимой меди с диэлектриком, способствует формированию рисунка.

Выбор материала определяется требованиями к платам: конструктивными, технологическими, эксплуатационными. Сначала выбирают конструктивные размеры ПП, затем ее толщину.

Затем толщину материала с учетом обеспечения возможности металлизации отверстий заданного размера. Далее подбирают марку материала, отвечающую электрическим и физико-механическим свойствам.

Современные схемы требуют улучшения теплоотвода от БИС, важно согласовать коэффициенты теплового расширения платы, корпусов микросхем. Современные методы монтажа привели к необходимости разработки новых материалов. В современных средствах ВТ используются керамические подложки, МПП на основе керамики. Проводящий рисунок формируют по толстопленочной технологии. Для таких плат используют оксиды алюминия и берилия, карбид кремния. Недостаток –ограничение размеров из-за хрупкости.

Металлические жесткие основания, покрытые диэлектриком – ПП обладают повышенной теплопроводностью, прочностью. Это пластины из стали, меди, титана, покрытых легкоплавким стеклом.

Перспективно применение оснований из термопластиков.

4 . 9 . Производство печатных плат и экология

Наиболее опасным с точки зрения воздействия на окружающую среду является производство ПП, основанное на использовании специальных материалов и различных химических сред.

Основной материал для ПП стеклотекстолит. При его механообработке образуется стеклопыль, от которой необходимо уберечь человека. Для этого в помещениях, где происходит механическая обработка (сверление, фрезерование и т.д.), устанавливают отсосы. Отходы стеклотекстолита плохо поддаются термическому и химическому воздействию, поэтому их утилизация сложна. Существует технология переработки обрезков в стройматериалы.

Поверхность фольгированных и нефольгированных диэлектриков подвергается механической и химической обработке.

Механическая - выполняется суспензией, содержащей известь и абразивные порошки. После обработки образуется пульпа, которую регенерируют, промывочные воды подвергают фильтрации.

Для химической очистки используются слабые растворы (10%) кислоты и щелочей. Они подвергаются дальнейшей нейтрализации в очистных сооружениях путем смешивания в определенных пропорциях.

Рисунок печатного монтажа получают с помощью сухих пленочных фоторезистов. Наилучший раствор проявителя содержит ядовитые соединения (хлориды, фториды). Способ их нейтрализации сжигание с последующим улавливанием газов. Но это в крупносерийном производстве.

В мелкосерийном производстве возникает проблема утилизации растворов проявителя и отходов фоторезиста.

Для осаждения меди используются растворы, насыщенные медью. Основная задача обеспечить длительный срок службы, концентрацию при сливе, не превышающую санитарных норм. Срок использования растворов не превышает 3 месяцев, концентрация перед сливом 40-50 г/л (норма санитарная 5 г/л). Раствор нейтрализуют тиомочевиной.

Травление меди осуществляется с помощью различных растворов: хлорида железа FeCl₃ , хлорида меди CuCl₂ , хлорида натрия NaClO₂ и др. Растворы насыщаются медью, их регенерируют и нейтрализуют. Проблема загрязнения сточных вод. Наиболее дорогая регенерация FeCl₃ . Раствор CuCl₂ полностью регенерируется по замкнутому циклу или нейтрализуется тиомочевиной.

Раствор NaClO₂ не регенерируется, но нейтрализуется.

Все химические операции при изготовлении ПП чередуются с операциями промывки водой. Для очистки используют замкнутые системы с фильтрацией. После фильтрации с применением специальных пластмасс или активированного угля воду можно снова использовать.

При изготовлении ПП используются электромагнитные методы воздействия, агрессивные химические и газовые среды, от воздействия которых должен быть надежно защищен обслуживающий персонал. Для защиты применяются экраны, автоматизируются процессы, исключая контакт человека с объектом.

5. КОНСТРУКТИВНЫЕ МОДУЛИ ВТОРОГО И ТРЕТЬЕГО УРОВНЕЙ

5.1. ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПАНЕЛЬ, БЛОК

Типовые конструкции панель, блок предназначены для размещения модулей предыдущего уровня, представляют собой пространственную сборную или сварную конструкцию, на которой установлены ответные

части разъёма и узлы подвода питания и земли.

Требования к панели, блоку:

1. должны быть удобными в сборке, наладке, эксплуатации;

1. удовлетворять требованиям ремонтопригодности;

1. обеспечивать защиту от внешних воздействий;

1. обладать достаточной прочностью, жёсткостью;

1. иметь минимальную массу.

Рекомендуется выполнять блок и панель прямоугольной формы, разъёмный вариант; ячейки располагать вдоль направления воздушного потока системы охлаждения.

Основные размеры панели определены ГОСТ 25122-88.

Панель это законченный конструктивно-монтажный узел, несущая деталь основание, изготовленное из листовой стали с окнами для установки ответных частей разъёмов.

На лицевой стороне основания устанавливают ответные части разъёмных соединителей и кронштейны с направляющими для ПП. ПП ориентируют вертикально, используется одно-, максимум двухрядная компоновка. По боковым сторонам панель закрывается стенками для уменьшения потери охлаждающего воздуха.

На основание панели устанавливается коммутационная ПП, к которой подводятся потенциалы "питание" и "земля". Связи между ячейками осуществляются проводным монтажом.

Очень часто панель может быть частью рамы или стойки, крепится прямо к каркасу стойки.

Блок предназначен для электрического и механического объединения ячеек, это конструктивно законченный узел ЭВМ. Чаще всего это функционально законченное устройство, включающее в себя одно устройство.

В состав конструкции блока входят каркас, разъёмы, направляющие, устройство крепления в стойке ЭВМ.

Ответные части разъёмов располагаются с постоянным шагом на одной из боковых стенок каркаса.

Блоки обычно выдвижные, фиксируются невыпадающими винтами

Передняя панель имеет элементы индикации, контроля и управления. Блок устанавливают так, чтобы микросхемы равномерно охлаждались движущимися потоками воздуха.

Пример: Если блок высотой 3V (132,5 мм) с ПП 100x160; вторая часть ячейка 6U (265,9 мм) с ПП 233,4x160 мм. Тогда габариты блока 482,6x265,9x255 мм.

Конструктивное исполнение блоков может быть разнообразным, но у всех блоков можно отметить наличие панели (шасси), каркаса, направляющих и элементов фиксации в модуле высшего уровня. На монтажной панели выделяются центральная и периферийная зоны. В центральной зоне размещаются ответные части соединителей ячеек , направляющие, в периферийной - соединители внешней коммутации, жгуты, элементы фиксации блока, узлы подвода напряжения питания. При конструировании блоков используется печатный монтаж, монтаж одиночным проводником, свитой парой, жгутовой монтаж.

Направляющие вводятся в конструкцию блока для быстрого сочленения ячеек с ответной частью соединителей без заклинивания, зажима или перекоса, поддержки платы при ударах и вибрациях, создания пути для конструктивного отвода теплоты от теплонагруженных компонентов ячеек. Для входа и перемещения платы в направляющих по краям платы предусматривается зона 2-3мм, свободная от печатного монтажа. Длина направляющих зависит от длины платы и бывает от 7 до 200мм. Направляющие могут быть коллективными, предназначенными одновременно для установки нескольких ячеек, и индивидуальными. Направляющие фиксируются на специальных кронштейнах или непосредственно закрепляются на монтажной плате или шасси блока. Для доступа охлаждающего воздуха к компонентам ячейки установка направляющих должна производиться с зазором. В качестве конструкционных материалов направляющих используются пластмасса и металл. Элементы крепления и фиксации ячеек в блоках должны исключать возможность выпадения их при эксплуатации. Они представляют собой соединители с фиксирующими штырями - ловителями, невыпадающие винты и специальные защелки. Надежное сочленение ячеек в блоке с ответной частью соединителя обеспечивается расчетом на сочленение соответствующих размерных цепей блока. При этом определяется по известному допуску замыкающего звена допуски составляющих размеров размерной цепи (прямая задача) либо номинальный размер и допуск замыкающего звена по заданным размерам и допускам составляющих звеньев (обратная задача).

При конструировании блоков ЭВС широко применяется стеллажный, книжный и откидной варианты конструкций прямоугольной формы в негерметичном или герметичном исполнении.

Блоки стеллажного типа компонуются из ячеек, которые устанавливаются в один или несколько рядов перпендикулярно монтажной плате. В зависимости от ориентации монтажной платы относительно лицевой панели существуют три разновидности конструкции блоков: блок с вертикальным поперечным расположением, с вертикальным продольным расположением и горизонтальным расположением монтажной платы.

В блоках книжной конструкции механическое объединение печатных плат между собой и с несущей конструкцией обеспечивается шарнирными узлами, позволяющими поворачивать относительно оси раскрытия ячейки подобно страницам книги. В рабочем состоянии печатные платы ячеек объединяются в пакет стяжными винтами или резьбовыми шпильками. Возможна вертикальная и горизонтальная ориентация плат в блоке.