Печатная плата Печатные платы (ПП) - это конструкция электрических межсоединений на изоляционном основании. ПП+установленные и смонтированные элементы образуют печатный узел. По функциональному назначению различают слои : сигнальные, потенциальные ( питание, заземление), экранирующие , технологические ( по расположению внутрнние и внешние). Печатные платы (ПП) — основа печатного монтажа любой РЭА, при котором МС, полупроводниковые приборы, ЭРЭ и элементы коммутации устанавливаются на изоляционное основание с системой токопроводящих полосок металла (проводников), которыми они электрически соединяются между собой в соответствии с электрической принципиальной схемой. Практически нет такой аппаратуры, где бы не использовались ПП какого либо типа (в микросборках, ячейках и т. д.) Печатный монтаж — способ монтажа, при котором электрическое соединение элементов электронного узла, включая экраны, выполнено с помощью печатных проводников. Печатный проводник — проводящая полоска в проводящем рисунке. Печатный проводник в одной плоскости называется печатным слоем. Проводящий рисунок – совокупность всех элементов на отдельном слое ПП, образованных проводящим материалом (печатные проводники , контактные площадки , концевые контакты печатного разъёма и др,) Крепёжные отверстия - служат для крепления ПП в панелях , блоках. Монтаж - это установка и пайка электрорадиоизделий (ЭРИ). Концевые печатные контакты – расположены на краю ПП для сопряжения соединителями. Ориентировочный паз – паз на краю, используемый для правильной ориентации и установки ПП. В ЭА ПП применяют практически на всех уровнях конструктивной иерархии: на нулевом — в качестве основания гибридных схем и микросборок, на первом и последующих — в качестве основания, механически и электрически объединяющего все элементы, входящие в схему электрическую принципиальную ЭА и её узлов. Государственным стандартом предусмотрены следующие типы ПП: - односторонняя печатная плата (ОПП) — ПП, на одной стороне которой выполнен проводящий рисунок; - двусторонняя печатная плата (ДПП) — ПП, на обеих сторонах которой выполнены проводящие рисунки и все требуемые соединения; - многослойная печатная плата (МПП) — ПП, состоящая из чередующихся слоев изоляционного материала с проводящими рисунками на двух или более слоях, между которыми выполнены требуемые соединения, - многоуровневая печатная плата (МУПП) или ГИГМ-плата – основание, на поверхности которого с одной или с двух сторон размещён объёмный 2-х уровневый рисунок. - гибкая печатная плата (ГПП) одно или двухсторонняя плата на гибком основании; - гибкий печатный кабель размещенных на гибком основании. - гибко-жесткие печатные платы (ГПК). Система параллельных печатных проводников, Конструктивные характеристики печатных плат . По точности выполнения печатных элементов конструкции (проводников, контактных площадок и пр.) все ПП делят на семь классов (табл. 1): Таблица 1. Наименьшие номинальные значения основных размеров элементов печатного монтажа для узкого места в зависимости от класса точности Отличающиеся наименьшим номинальным размером в узком месте — участок ПП, где элементы печатного проводящего рисунка и расстояния между ними должны быть выполнены только с минимально допустимыми значениями. 1-й и 2-й классы ПП применяют в случае малой насыщенности поверхности ПП дискретными элементами и микросхемами малой степени интеграции; 3-й класс ПП — для микросхем со штыревыми и планерными выводами при средней и высокой насыщенности поверхности ПП элементами; 4-й класс ПП — при высокой насыщенности поверхности ПП микросхемами с выводами и без них; 5-й класс ПП — при очень высокой насыщенности поверхности ПП элементами с выводами и без них. Для поверхностного монтажа элементов используют в основном 4-й и 5-йклассы ПП. В настоящее время изготавливают ПП по 6 и 7 классам точности с шириной проводников 40...70 мкм Ширину печатных проводников (рис. 3) рассчитывают и выбирают в зависимости от ДОПУСТИМОЙ ТОКОВОЙ нагрузки, свойств токопроводящегоматериала, температуры окружающей среды при эксплуатации. Края проводников должны быть ровными, проводники — без вздутий отслоений, paзрывов, протравов, пор, крупнозернистости и трещин, так эти дефекты влияют на сопротивление проводников, плотность тока, волновое сопротивление и скорость распространения сигналов. Расстояние между элементами проводящего рисунка (например, между проводниками), расположенными на наружных или в соседних слоях ПП, зависит от допустимого рабочего напряжения, свойств диэлектрика, условий эксплуатации и связано с помехоустойчивостью, искажением сигналов и короткими замыканиями. Координатная сетка чертежа ПП необходима для координации элементов печатного рисунка. В узлах пересечений сетки располагаются монтажные и переходные отверстия (рис. 4). Основным шагом координатной сетки принят размер 0.5 мм в обоих направлениях. Если этот шаг не удовлетворяет требованиям конкретной конструкции, можно применять шаг, равный 0,05 мм. При использовании микросхем и элементов с шагом выводов 0,625 мм допускается применение шага координатной сетки 0,625 мм. Диаметры монтажных и переходных отверстии (металлизированных и неметаллизированных) должны соответствовать ГОСТ 10317 79 и выбираться из ряда 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 2,0; 2,1; 2,2; 2,3; 2,4 ;2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 3,0. Монтажные отверстия предназначены для установки микросхем и ЭРЭ, а переходные отверстия — для электрической связи между слоями или сторонами ПП. Размеры ПП, если они специально не оговорены в ТЗ, определяются с учетом количества устанавливаемых элементов, их установочных площадей, шага установки, зон установки разъема и пр. Линейные размеры ПП рекомендуется выбирать по ГОСТу (табл. 2). Соотношение линейных размеров сторон ПП должно составлять не более 3:1. Кривизна ПП (цилиндрическое или сферическое искривление основания) может появиться в результате воздействия высокой температуры и влажности (рис. 5). Допустимое значение изгиба ПП К на длине 100 мм составляет для ОПП и ДПП 1,5 мм; для МПП — 2,0 мм. Коробление ПП (спиральное искривление противоположных кромок основания ПП, скручивание) может привести к разрыву проводников, осложняет процесс изготовления ПП и установки элементов при сборке модуля (рис. 6). Электрические характеристики печатных плат Допустимая плотность тока для ОПП, ДПП и наружных слоев МПП — 20 А/мм2; для внутренних слоев МПП — 15 А/мм2. Допустимое рабочее напряжение между элементами проводящего рисунка, расположенными в соседних слоях ПП и ГПК, зависит от материала основания печатной платы и не должно превышать следующих значений (табл.3). Допустимые рабочие напряжения между элементами проводящего рисунка, расположенными на наружном слое ПП, зависят от материала основания ПП, условий эксплуатации и не должны превышать следующих значений (таблица 4). Все типы ПП должны обеспечивать работоспособность при воздействии на них климатических факторов одной из следующих групп жесткости (табл.5). Контактные площадки ПП с металлизированными отверстиями долж-ны выдерживать не менее 4 (МПП — 3) циклов перепаек; без металлизированных отверстий — не менее 3 (МПП — 2) перепаек. Выбор класса точности ПП ГОСТ 23751—86 устанавливает пять классов точности ПП, каждый из которых характеризуется минимальным допустимым значением номиналь-ной ширины проводника (/) , расстоянием между проводниками (S), расстоянием от края просверленного отверстия до края контактной площадки (Ь), отношением диаметра отверстия к толщине ПП (у) в узком месте. Однако в настоящее время изготавливают ПП по 6 и 7 классам точности с шириной проводников 70...40 мкм. Основными критериями при выборе класса точности ПП являются (см. табл. 6): • конструкторская сложность ФУ — степень насыщенности поверхно-сти ПП ЭРИ (малая, средняя, высокая) при традиционной элемент-ной базе или число выводов ПМК и шаг их расположения; • элементная база (дискретные ЭРЭ, ИМС, МСБ, ПМК, бескорпусные ИЭТ); • тип, число и шаг выводов ЭРИ (штыревые, пленарные, безвыводные, J-образные, матричные и пр.); • быстродействие; • надежность; • массогабаритные характеристики; • стоимость; • условия эксплуатации; • максимальные ток и напряжение; • уровень технологического оснащения конкретного производства. Изготовление ПП определенного класса точности обеспечивают, применяя технологическое оснащение и вспомогательные материалы, указанные в табл. 6. Печатные платы 1 и 2 классов точности наиболее просты в исполнении, надежны в эксплуатации и имеют минимальную стоимость; для ПП 3 используется высококачественные материалы , точный инструмент и оборудования ; 4,5 классы- специальные материалы , прецензионное оборудование , особые условия изготовления; 6,7 классы- высокосложные ПП, специальные конструкции, специальные материалы и технологическая оснастка. Программное обеспечение BETA soft поддерживает различные вычислительные платформы: Windows (3.1, NT, 95/98), UNIX, DOS и имеет интерфейс связи с системами Very Best, PADS, ACCEL (P-CAD&Tango), Or CAD, lientor, Allegro, Cadstar, Protel и др. Таблица 6. Область применения и технологическое обоснование классов точности ПП. Материал печатных плат В качестве основания печатных плат используют фольгированный и нефольгированные диэлектрики (гетинакс , текстолит, стеклотекстолит, стеклоткань, лавсан, полиимид, фторопласт и др.), керамические материалы и металлические пластины. При выборе материала основания ПП необхо-димо обратить внимание на следующее: предполагаемые механические воздействия (вибрации, удары, линейное ускорение и т. п.); класс точности ПП (расстоянии между проводниками); реализуемые электрические функции; быстродействие; условия эксплуатации; стоимость. В табл. 7,8 представлены материалы основания ПП, наиболее часто используемые в настоящее время для изготовления ОГШ, ДГШ, МПП, ГПП и ГПК. По сравнению с гетинаксами стеклотекстолиты имеют лучшие механи-ческие и электрические характеристики, более высокую нагревостойкость, меньшее влагопоглощение. Однако у них есть ряд недостатков: невысокая нагревостойкость по сравнению с полиимидами, что способствует загрязнению смолой торцов внутренних слоёв при сверлении отверстий; худшая механическая обрабатываемость; более высокая стоимость; существенное различие (примерно в 10 раз) коэффициента теплового расширения, меди и стеклотекстолита в направлении толщины материала, что может привести к разрыву металлизации в отверстиях при пайке или в процессе эксплуатации. Для изготовления ПП, обеспечивающих надежную передачу наносекундных импульсов , необходимо применять материалы с улучшенными диэлектрическими свойствами (уменьшенным значением диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь). Поэтому к перспективным относится применение оснований ПП из органических материалов с относительной диэлектрической проницаемо-стью ниже 3,5. Для изготовления ПП, эксплуатируемых в условиях повышенной опасности возгорания, применяют огнестойкие гетинаксы и стеклотекстолиты марок СОНФ,СТНФ,СФВН,СТФ,СОНФ-у. Для изготовления ГПК, выдерживающих многократные (до 150) изгибы на 90° (в обе стороны от их исходного положения ) с радиусом 3 мм применяют фольгированный лавсан и фторопласт. Материалы с толщиной фольги 5 мкм позволяют изготовить ПП 4-го и 5-го классов точности. В производстве ПП широко используют отечественные и импортные материалы. Прежде чем останавливать свой выбор на том или ином материале, следует иметь в виду, что: при использовании недорогих отечественных стеклотекстолитов при ширине проводников и зазоров между ними менее 0,3 мм большой процент уйдет в брак, что, естественно, увеличит стоимость ПП и приблизит к стоимости ПП на импортных материалах;
