К.Т.О. (Рыжих Валерий Дмитриевич).

Основные виды печатных плат и особенности их конструирования.

Типы печатных плат (ПП).

ПП является основой монтажа любой электронной аппаратуры, при которой МС, ЭРЭ (электро радио элементы) и элементы коммутации устанавливаются на изоляционные основания системы тонкопроводящих полосок металла (проводников), с помощью которых они электрически соединяются.

Печатный монтаж.

Он осуществляется с помощью печатных проводников. Государственным стандартом предусматриваются следующие типы печатных плат:

1) Односторонние ПП (ОПП). Монтаж в этом случае на одной стороне.

2) Двухсторонние ПП (ДПП). Монтаж осуществляется на обеих сторонах платы. На одной стороне устанавливаются сами компоненты и разводка, на другой только разводка.

3) Многослойные ПП (МПП). Она состоит из чередующихся слоев с проводящим рисунком и слоев изоляционного материала.

4) Гибкие ПП (ГПП).

5) Гибкий печатный кабель (ГПК). Система печатных проводников, размещенных на гибких основаниях.

ПП и их характеристики.

КЛТР (коэффициент линейного теплового разрешения) с теплотекстолита и меди различается примерно в 10 раз в направлении толщины материала.

Г (гетенакс) материалы ОПП и ДПП (стр. 34, Шахнов).

ГФ (гетенакс фальгированный)

ГФ-1 (гетенакс фальгированный с одной стороны)

ГФ-2 (гетенакс фальгированный с двух сторон)

СФ (стеклотекстолит)

Толщина от 0,5 до 3-х через 0,5мм - это толщина основания, а толщина фальги начинается от 5микрометров, 50, 70, 100.

Вводят еще индексы в виде букв: Т-теплостойкий, Н - негорючий.

Стеклотекстолит теплостойкий, фальгированный с гальваноустойчивой фальгой, записываются обычно: СТФ-2-35, СФПТ (с повышенной нагревостойкостью).

Некоторыеправила конструирования пп.

Приступая к разработке ПП конструктор обязан придерживаться ГОСТов, правил, положений, рекомендуемых стандартов, руководящих технических материалов, при выборе материалов и габбаритов ПП, параметров печатных проводников и элементов, а также рисунков. Некоторые из правил следующие:

1. Максимальный размер ПП как ОПП, так и МПП не должен превышать 300 элементов. На практике обычто ПП со стороной до ста толщин материала диэлектрика изготовляет без дополнительных деталей, повышающих жесткость.

2. Соотношение сторон ПП для упрощении компоновки блоков и унификации ПП рекомендуют 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 3:2, 5:2 (табл. 8.2, Шахнов).

3. Целесообразно с целью максимального использования физического объема конструкции ЭВМ разрабатывают ПП прямоугольной формы.

4. Выбор материала ПП и способ ее изготовления должен осуществляться на стадии эскизного проектирования с определением класса точности печатного монтажа и группы жесткости.

5. Для вычерчивания взаимного расположения печатных проводников, контактных площадок, монтажных и переходных отверстий используют координатную сетку. Начало координат следует устанавливать в левом нижнем углу.

6. По краям платы предусматривают технологическую зону, порядка 2-х - 3-х мм.

7. Размещение установочных и др отверстий, печатных проводников в этой зоне не допускается. Все отверстия должны располагаться в узлах координатной сетки.

8. Для правильной ориентации МС при их установку на ПП на МС предусматриваются ключи, которые опеделяют первой ножки МС.

(1::).

9. Конденсаторы, резисторы и другие навесные элементы следует располагать параллельно координатной сетке. Расстояние между их корпусами должно быть не менее 1 мм, а расстояние по их торцу не менее 1,5 мм.

10. Отверстия под выводы МС зенкуют с обеих сторон платы. Печатные проводники не должны иметь резких перегибов и острых углов. Контактные площадки, премыкающие к проводникам не штрихуются.

11. Печатные проводники следует выполнять более короткими. Для особо длинных печатных проводников Л >= 200 мм целесообразно предусматривать дополнительные контактные площадки и отверстия. Ширину п проводников определяется в результате соответствующих расчетов.

12. Прокладка рядов входных и выходных печатных проводников схемы параллельно не рекомендуется во избежание паразитных наводок. Печатный проводник, проходящий между двумя монтажными отверстиями следует располагать так, что бы его ось была перпендикулярна линии, соединяющей центр отверстий.

13. Проводники входных цепей должны прокладываться в 1-ю очередь и быть максимально короткими.

14. Проводники шириной до 2-х мм мож располагать с одной стороны ПП. Проводники, шириной от 2-х мм устанавливаются со стороны установки МС.

15. Заземляющие проводники, по которым протекают суммарные токи следует изготовлять максимально широкими.

16. Число отверстий различных диаметров сводят к минимуму. Чем меньше это число, тем технологичнее изготовление платы.

17. С краем ПП следует снимать фазки. Между печатным соединительным контактом разъема и краем фазки должно быть 0.8-1 мм.

Технология изготовления ПП.

Технические и гальвонические процессы ПП.

Основное их назначение заключается в метализации монтажных отверстий и защиты рис ПП при травлении. Типовой технологический процесс химической и гальвонической метализации ПП (ГОСТ23070-79) состоит из этапов:

1. Подготовки поверхности сенсибилизации, активации, гальвонического осаждения SnPb.

2. Подготовка поверхности монтажных отверстий ПП заключается в гидро-образивной обработке, протравливании диэлектрика в отверстие серной кислотой с фтористым водородом.

Сенсибилизация (повышение чувствительности поверхности отверстий к меди) осуществляется в растворе соляной кислоты, металлического олова и двухлористого олова в течении 5-7 минут, а после промываются в дисцелированной воде. В результате на стенках отверстий адсорбируется пленка ионов двуххлористого олова. Абсоркция,которая является восстановителем для полладия, затем плату помещают в раствор двуххлористого полладия и аммиака. Полладий служит центром кристаллизации меди при химическом меднении. Для химического меднения плату помещают в раствор соли меди, никеля, фармолина. В результате происходит восстановление меди на активированных поверхностях отверстий. Время осаждения слоя меди толщиной 0,25-0,5 микрометра составляет 15-20 минут.

Гальвоническую метализацию применяют для увеличения слоя меди, полученного при химической метализации и доведения толщины слоя меди в отверстиях до 25 микрометров. Гальвоническое покрытие осуществляют в ваннах. Платы зажимают в металлические рамки, установленные в ванне с электролитом, туда же размещают и медные электроды. Рамки подключают к минусу, а медные пластины к плюсу.

Гальвоническое осаждение сплава олово-свинец проводящего рисунка и отверстий проводится для предохранения проводящего рисунка при травлении плат и обеспечения хорошей пояемости.

Процесс травления используется при производстве ПП. С пом его удаляется медная фальга, кот не защищена фоторезистором, а участки защищенные фоторезисторос удаля-ся с диэлектрического основания платы и т.о. формируется и сохраняется рисунок. Процесс травления включает в себя:

- предварительную очистку пов-ти;

- собственно травление;

- очисткудисцел-й водой после трав-я;

- удаление фоторезистора (с пом травиль-х растворов).

Травление ПП с рисунками, кот защищены сплавами олово-свинец производится в растворах на основе хлорной меди. Если рисунок защищен специальными красками, то травление производится в железо-медном хлористом растворе.

Существует неск способов травления, однако наиболее эффективным метод - струйное травление. Травитель через систему сопл распределяется на поверхность платы.

Защитный слой фоторезиста или краски снимают с в щелочных растворов. После трав-я идет промывка в горячей проточной воде для удаления травителя.

Типовые технологические процессы изготовления ПП.

Все процессы изготовления ПП подразделяются на:

1. Субтрактивные.

2. Аддетивные.

3. Полуаддетивные.

Субтрактивный процесс (subtractio - отнимать) - получение проводящего рисунка заключается в избирательном удалении проводящей фальги путем травления.

Аддетивный процесс (additio - прибавлять) - он заключается в избирательном осаждении проводящего материала на нефальгированный материал основания.

Полуаддетивный процесс - предусматривает нанесение тонкого слоя меди, который потом удаляется с пробельных мест.

Химический метод или метод травления фальгированного диэлектрика.

Этот метод применяется больше для ОПП. Метод заключается в том, что на медную фальгу, приклееную к диэлектрику наносят позитивный рисунок схемы проводников, затем травление удаляют металл с незащищенных участков и на диэлектрике получается электрическая схема проводников.

Основными этапами получения схемы проводников являются:

1. Подготовка поверхности.

2. Нанесения слоя фоторезиста.

3. Экспонирование.

4. Проявление схемы.

5. Травление фальги.

6. Травление для удаление фоторезиста.

1. Подготовка поверхности осущ с пом вращающихся капроновых щеток. Для получения некоторой шероховатости фальги, для обеспечения хорошей альгезии фоторезиста. Предварительно проводят хим очистку фальги и нефальгированной поверхности платы.

2. Фоторезист наносят толщиной 10 микрометров, зател проводят сушку в течении 15-20 минут при температуре 65 градусов.

3. Экспонирование осуществляется с помощью фотошаблона с негативным изображением схемы. Экспонирование осуществляется в вакуумной светокопировальной яме. В качестве источника света используют люминисцентные лампы.

4. Проявление схемы состоит в вымывании растворимых участков фоторезистора, находящ под темными местами негатива. Для фоторезис-ра негативного воздействия в качестве проявителя используют спиртовые средства. Полученный защитный слой фоторезистора подвергают химическому дублению, а затем тепловому (60 градусов в течении 40-60 минут).

5. Затем осуествляют травление, затем очистку поверхности после травления

6. Удаление фоторезистора.

Химические методы просты и обеспечивают высокую прочность сцепления проводников с основанием, равномер-ю толщину проводников и высокую электропроводность. Недостатком является низкая прочность в местах установки выводов, т.к. отверстия не метализируются.

Комбинированный позитивный метод особенно широко применяют для изготовления ДПП с метализированными отверстиями на двухстороннем фальгированном диэлектрике. Проводящий рисунок получают субтрактивным методом, а метализацию осуществляют элктро-химческим методом (гальвоническая метализация). Поверхность обеих сторон платы и отверстия подвергают химическому и гальвоническому меднению (предварительные) для получения слоя меди от 5-7 микрометров. После подготовки метализированных поверхностей и отверстий на поверхности создается негативное изображение рисунка схемы проводников. Оно создается с применением пленочного фоторезиста.

На наружные поверхности не защищенные фоторезистором и в отверстия осаждается слой меди, толщина кот в отверстиях должна быть не менее 25 микрометров. Затем метализированные поверхности покрывают слоем сплава олово-свинец, толщ кот 10 мкм.

Покрытие этим сплавом хорошо защищают медь от травления и после нанесения этого покрытия участки медной фальги, покрытые ранее фоторезистом удаляются травлением и на плате остается требуемый рисунок схемы, образованный облужнной медной фальгой. После этого плату промывают и проверяют.

Основные этапы изготовления ДПП на фальги-м основании. (Шахнов, табл. 8.14).

Основные этапы ТП изготовления ДПП на фальги-м основании.

1. Получение заготовок: резка, штамповка.

2. Получение базовых отверстий: сверление.

3. Получение монтажных отверстий.

4. Предварительная метализация (хим, гальвонич медненее).

5. Подготовка поверхности (слабое подтравливание и обработка поверхности).

6. Получение защитного рельефа (фоторезист).

7. Электро-химическая метализация (гальвоническое медненее и нанесение слоя припоя олово-свинец).

8. Удаление фоторезиста (проводнички, отверстия).

9. Удаление резиста.

10. Травление меди с пробельных мест.

Метод обработки материалов при производстве СВТ.

В конструкции ЭВМ исп большое коллич металлич и неметал деталей, выпол-х разнообразные функ-и:

- детали, образующие несущую конструкцию, кот обеспеч устойчивость к физ нагрузкам и климатическим воздействиям

- детали элктро-механических узлов (накопители на магнитных дисках, датчики, преобразователи и т.д.)

Виды обработки:

1. Механическая.

2. Литье деталей.

3. Операция обработки давлением.

4. Операция переработки пластмасс.

5. Электро-физические и электро-химические операции.

6. Обработка метал и неметал изделий осущ на различных металлорежущих станках, которые в своб очередь подразделяются по степени автоматизации: универсал-е станки, полуавтоматы, станки-автоматы и т.д.

Методом обработки деталей резаньем относят:

- точение;

- фрезерование

- шлефование

- строгание

- развертывание

- протягивание

Каждый вид обработки характеризуется достигаемой точностью.

Точение. Токарные станки предназ для симметричных деталей. Токарно-револьверные станки имеют несколько разнообразных инструментов: резцы и сверла. Токарный автомат применяется в массовом, многосерийном производстве.

Фрезерованием обрабатывают плоские поверхности.

Шлефование - обрабатка материалов образивным инструментом. Для этого используют абразивные инструменты. Режущими элементами явл зерна абразивных материалов (шлефовальные круги).

Литье - литые детали. Основным элементом для получения детали явл форма.

Изготовление деталей холодной штамповкой. Исходными материалами для штам-ки явл полосы, ленты из черных, цвет-х материалов, текстолит, стеклотекстолит. Для штамповки нужен пресс и шаблон. Вырубка и пробивка, с пом кот получают детали по внеш контуру и отверстии в детали.

Процесс гибки.

Выдержка. Этот процесс предназначен для получения полных деталей замкнутого профиля (крышки различные, корпуса).

Механические процессы с пластмассами для ЭВМ.

Основной частью пластмасс явл полимеры - это синтетические органические соедмнения. Пластамасса, как правило, есть слож комбин из полимера, наполнителя и красителя, катализаторы, стабилизирующие компоненты и т.д.

Операции с ними:

- литье;

- пресование;

- формование.

Типовые технологические процессы сборки и монтажа.

Процессы пайки.

Под пайкой понимают процесс образования соединения на основе атомных связей, путем нагрева до температуры плавдления, их смачивания припоем, затеканием в зазор и последующей кристаллизацией. Соединения, образующиеся при пайке неоднородны, они включают в себя шов. Паяльный шов - это часть соединения, закристаллизовавшаяся при пайке и зона сплавления - это поверхностьмежду паяным материалом и паяным швом. Зона сплавления состоит из диффузионной зоны и прокриссталлизовавшегося слоя. Диффузионная зона - это слой, получившийся в результате диффузии компонента припоя и пояемого материала. При низкой температуре и малом времени пайки интенсивность взаимодействия диффузионного процесса снижается. В этом случае между основным материалом и припоем создается слой на основе химических металлических связей. Этот спай называют бездиффузионный. Такой вид пайки широко применяется при монтаже. При высокой темп пайки в месте контакта материала и припоя температура около 450 градусов, а при низкой температуре пайки меньше... Для получения силовых соединений с высокой прочностью применяют высокотемпературную пайку. Ее осуществляют с помощью медных, цинковых, серебряных припоев. При низкой темп пайке использу-т припои с темп плавления 200-300 градусов (оловянно-свенцовые, виснунтовые, кадменевые и т.д.). Пайка возможна лишьв том случае, если припой смачивает соединяемые материалы. Важным свой-м припоя явл растекаемость и способностьзатекать в узкие зазоры под действием капилярных сил.

Для монтажной пайки применяют низкотемпературные припои на основе сплава олово-свинец. Наиболее близок к оптимальному составу (эфтептическому). Состав припоя ПОС61, который нашел наиб применение при монтаж пайке при низкоц темп плавления и он обладает высокой карозионной стойкостью. Для пвйки соеди-я из сталм, латуни исп припой О40. Одно из важнейших опера-й, обеспеч кач-во пайки явл подготовка пов-ти к пайке, она включает: удаление загрязнений, ржавчины, оксидных и жирных пленок (пятен). Для форми-я шороховатостей осуществляют зачистку нождачной бумагой, для удаления жира, жировых пятен применяют растворители - горячие щелочные растворы.

Подготовленные поверхности покрывают флюсом, непосредственно перед пайкой. Механизм действия флюса закл в том, что оксидные ппленки металла и припоя растворяются и всплывают на поверхность флюса или тем самым поверхность металла защищена от кислорода воздуха.

В процессе пайки жидкий припой замещает флюс и взаимод с основным металлом, т.е. флюс уходи наверх. Флюсы по действию, кот они оказ на металл делятся на: кислотные (активные), бескислотные, антикарозийные и активированные. Кислотные (хлористый цинк и флюсы на его основе - кислотные) они активно растворяют оксидные пленки, но остатки плюса вызывают интенсивную карозию соединений основного материала, поэтому необх тщательное удаления флюса с пов-ти. При монтажной пайке не применяют кислотные флюсы. Бескислотные (канифоль с добавлением неактивных вещ-в: спирта, глицерина) они химически мало активны и их применяют при тщательной зачистке материала. Широко применяемый флюс ФКСп - раствор с основой канифоли в этиловом спирте. Антикарозийный флюс - их получают на основе соеди-й фосфорной кислоты с добав-м орган-х кислот. Они не вызыв карозии черных металлов, поэтому не требуют удаления остатков флюса при пайке. Активированный флюс получают на основе канифоли с добавкой активизаторов (салициловой кислоты). Их применяют для сплавов плохо поддающихся пайки. В этом случае можно начинать пайку без предварительного удаления оксидов. Лужение пред соб покрытие поверхностей соединяемых деталей пленкой припоя. Луженые детали погружают в ванну с расплавленным припоем, но предварительно окунают в жидкий флюс.

Качество паяных соединений оценивают по его внешнему виду, структуре, механической прочности и интенсивность отказов.

Проверка по внешнему виду осуществляется визуально, с увеличением в 10 раз минимум, поверхность должна быть гладкой, блестящей и без наплыва. Структуру оценивают по ширине диффузионной зоны, оптимальна она дол б от 0,9 до 1 микрометра. Увеличение или уменьшение снижает прочность соединения.

Качество структуры проверяют металографическим анализом.

Механическую прочность соеди-я определяют на разрыв или срез. Качество паяного соединения характеризуется переходным сопротив-м, которое находят как среднее арифметичес-е по 3-м замерам: 3*10^(-3)ОМ. Хорошо выполнен-е паяные соедине-я имеют интенсивность отказов от 10 в минус седьмой до 10 в -8 единица на час соединения.

Наиболее распространенные эффекты, получающ-ся при пайке - это газовые поры и холодный спай. Мелкие поры - это следствие попадание в припой оксидных пленок и перегрев припоя при пайке. Холодный спай - это следствие занижения темп пайки, т.е. при этом получается плохой шов.