Тема 3-1

Печатные платы

1 Общие положения

Под печатной платой (ПП) понимают изделие, состоящее из плоского изоляционного основания, с отверстиями, пазами, вырезами и системой токопроводящих полосок металла (проводников), которые используют для установки и коммутации изделий электронной техники (ИЭТ) и функциональных узлов в соответствии с электрической принципиальной схемой.

Рисунок печатной платы – конфигурация проводникового и (или) диэлектрического материала на печатной плате.

Проводящий рисунок – рисунок печатной платы, образованный диэлектрическим материалом.

Основание печатной платы – элемент конструкции печатной платы, на поверхности или в объеме которого выполняется проводящий рисунок.

Печатный узел – печатная плата с подсоединенными к ней электрическими и механическими элементами и (или) другими печатными платами и с выполненными всеми процессами обработки (пайка, покрытие и т.д.)

Печатной платой называется материал основания, вырезанный по размеру, содержащий необходимые отверстия и по меньшей мере один проводящий рисунок (ГОСТ 20406-75).

Основными достоинствами ПП являются:

–увеличение плотности монтажа, миниатюризация изделий;

–гарантированная стабильность электрических характеристик;

–повышенная стойкость к климатическим и механическим воздействиям;

–унификация и стандартизация конструктивных изделий;

–возможность комплексной автоматизации монтажно-сборочных работ;

–снижение трудоемкости, материалоемкости и себестоимости.

К недостаткам следует отнести сложность внесения изменений в конструкцию и ограниченную ремонтопригодность.

Показателями уровня разработки ПП являются:

–ширина проводников;

–расстояние между проводниками (зазоры);

–диаметр переходных отверстий (межслойных переходов);

–количество межслойных переходов на ПП;

–число проводников между двумя контактными площадками;

–диаметр контактных площадок;

–шаг расположения контактных площадок.

2 Типы печатных плат. Характеристики печатных плат. Точность ПП

Многообразие сфер применения электроники обусловило совместное существование различных типов печатных плат:

1.Односторонняя печатная плата (ОПП) – печатная плата, имеющая одно основание, на одной стороне которого выполнен проводящий рисунок (ГОСТ 20406-75).

2.Двухсторонняя печатная плата (ДПП) – печатная плата, имеющая одно основание, на обеих сторонах которого выполнен проводящий рисунок (ГОСТ 20406-75).

3.Многослойная печатная плата (МПП) –печатная плата, состоящая из чередующихся слоев изоляционного материала с проводящими рисунками на двух и более слоях, между которыми выполнены требуемые соединения (ГОСТ 20406-75).

4.Гибкая печатная плата (ГПП) –печатная плата, имеющая гибкое основание (ГОСТ

20406-75).

5.Гибко-жесткая печатная плата (ГЖПП) – это печатные платы схожие с гибкими печатными платами, но с механическим усилением в определенных местах. Чаще всего жесткий

слой прикрепляется к гибкой печатной плате с тыльной стороны по отношению к контактным площадкам.

6.Гибкий печатный кабель (ГПК). Состоит из тонких полосок проводящего материала (обычно меди), расположенных параллельно и заклеенных между двумя пленками изоляционного материала. Число проводников может быть от 2 до 50.

7.Рельефная печатная плата (РПП) – это двухсторонние платы, проводники которых выполнены в виде канавок в теле диэлектрика

На рис. 1 приведены характеристики односторонней печатной платы.

Рисунок 1 – Характеристики односторонней печатной платы, где HП – толщина печатной платы; HM – толщина материала основания печатной платы; hф – толщина фольги; b – гарантийный поясок; D – диаметр контактной площадки; d – диаметр отверстия; S – расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка; t – ширина печатного проводника; Q – расстояние от края печатной платы, выреза, паза до элементов проводящего рисунка

На рис. 2 приведены характеристики двухсторонней печатной платы.

Рисунок 2 – Характеристики двухсторонней печатной платы, где 1 – металлизированное отверстие, 2 – неметаллизированное отверстие; HП – толщина печатной платы; HM – толщина материала основания печатной платы; HП.С. – суммарная толщина печатной платы; hф – толщина фольги; hп – толщина химико-гальванического покрытия; b – гарантийный поясок; D

– диаметр контактной площадки; d – диаметр отверстия; S – расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка; t – ширина печатного проводника; Q – расстояние от края печатной платы, выреза, паза до элементов проводящего рисунка, l – расстояние между центрами (осями) элементов конструкции печатной платы

По плотности проводящего рисунка печатные платы и ГПП делятся на пять классов (ГОСТ 32751-86, табл. 1). Первый характеризуется наименьшей плотностью поводящего рисунка, а пятый наиболее высокой. Наименьшие номинальные значения ширины печатных проводников и предельных участков для плат первого класса составляют 0,75 мм, а для пятого

– 0,1 мм. Класс точности ПП указывают в конструкторской документации на ПП. Выбор класса точности всегда связан с конкретным производством, так как он обусловлен уровнем технологического оснащения производства. Изготовление печатных плат 5-го класса требует

применения уникального высокоточного оборудования, специальных (как правило, дорогих) материалов, безусадочной фотопленки, создания в производственных помещениях «чистой зоны» с термостатированием.

Таблица 1 – Параметры классов точности изготовления печатных плат ГОСТ 23.751-86

Ширину проводника рассчитывают и выбирают в зависти от допустимой токовой нагрузки, свойств токопроводящего материала.

Расстояние между элементами проводящего рисунка зависит от допустимого рабочего напряжения, свойств диэлектрика, условий эксплуатации и связано с помехоустойчивостью, искажением сигналов и короткими замыканиями.

3 Материал основания печатных плат

По виду материала основы ПП разделяют на

1)изготовленные на основе органического диэлектрика (текстолит, гетинакс, стеклотекстолит);

2)изготовленные на основе керамических материалов;

3)изготовленные на основе металлов.

Диэлектрическое основание платы представляет собой обычно бумажную (гетинаксы) или текстильную (текстолиты) основу, пропитанную фенольной либо эпоксидной смолой.

Преимущество гетинаксов заключается в том, что они легко поддаются механической обработке, поэтому возможна организация серийного и массового производства. К недостаткам материалов этого типа относятся повышенная чувствительность к влажности и нестабильность размеров. В настоящее время намечается тенденция к использованию эпоксидной невоспламеняющейся бумаги, которая обладает лучшей стабильностью параметров и более приспособлена к автоматизации.

В стеклотекстолитах в качестве основы используют стеклоткань, пропитанную эпоксидной смолой. Они применяются, в основном, для производства ДПП и МПП. Смеси «эпоксидная смола-стеклоткань» придаются определенные характеристики, зависящие от соотношения используемого кол-ва смолы и скорости проведения процесса отвердения.

Заданная толщина диэлектрика достигается путем набора определенного кол-ва листов, а с наружных сторон добавляют листы фольгированной меди, которая предварительно подвергаются оксидированию со стороны, входящей в контакт с материалом. Весь комплект помещается между идеально чистыми полированными плитами гидравлического пресса многоярусного типа, оснащенного системой подогрева.

Заготовки для жестких печатных плат представляют собой несколько спрессованных слоев стекловолокна (обычно 8 слоев), покрытых медной фольгой. Пространство между слоями заполнено наполнителем. Самый простой способ расположения стеклянных волокон - когда они перпендикулярны друг другу. При различной ориентации волокон в слоях прочностные характеристики материала становятся одинаковыми по всем направлениям. Толщина материала оценивается без учета медной фольги. Толщина фольги одинакова с обеих сторон. Основа – это бумага, стекловолокно, керамика, арамид; наполнитель - фенольная смола, эпоксидная смола, полиэстер, полиимидная смола, бисмалеинимид-триазин, эфир цианата, фторопласт.

Широкое распространение получают МПП на керамической основе. По сравнению с органическими диэлектриками керамика позволяет улучшить теплоотвод, повысить плотность компоновки микросхем (особенно с использованием микрокорпусов).

Недостатки:

1)большая масса;

2)небольшие наибольшие линейные размеры (ограничены технологией - 150 х 150 мм). Металлические ПП изготавливаются на основе стальных, алюминиевых и инваровых

листов. Пластины окисляются и покрываются слоем керамики, эмали, лака или другого диэлектрика. Поверх наносятся печатные проводники, пленочные резисторы, конденсаторы, индуктивности, а затем монтируются микросхемы (как правило, бескорпусные). Преимущества:

1)сравнительно невысокая стоимость;

2)неограниченные размеры;

3)высокая теплопроводность;

4)лучшая помехозащищенность;

5)высокая прочность и теплостойкость. Недостатки:

1)высокая удельная емкость проводников;

2)большая масса.