Печатные платы

С 1952 г. в промышленности во все большем объеме находят при­менение печатные платы (ПП), ставшие доминирующим монтажным элементом в электронных приборах вследствие значительных преимуществ по сравнению с объемным монтажом.

С начала промышленного изготовления РЭС наблюдается стремле­ние изготавли­вать весь монтаж за дин рабочий процесс (за один про­изводственный цикл). К пионе­рам этой области относится Эдисон, ко­торый уже в 1906 г. описал способ изго­товле­ния проводни­ков на изо­ляторе с помощью металлического порошка.

Дальнейшим технологическим решением явилась разработка ком­панией Tele­funken в 1927 г. метода монтажа из отштампованных соот­ветствующим образом по­лосок ла­тунной фольги, которые вместе с не­обходимыми элементами наклепывались на изоля­ционное основание. Однако эти ним подобные методы не нашли применения, так как они в це­лом не обеспечивали радикального упрощения технологии монтажа и не были экономически оправданы. Кроме того, быстрое техническое развитие электро­техники и электроники обусловливало частые схемо­технические изменения, выполне­ние которых на основе опи­санных и аналогичных технических решений было пробле­матично.

Только технология керамики в сочетании с трафаретной печатью открыла широкие возможности на пути изготовления электромонтажа как единого целого. Исходя из опыта разработки высокочастотных ке­рамических материалов и техники вжигания серебряных покрытий с целью производства керамических конденсаторов, на быв­ших пред­приятиях Hescha — Werken в Хермсдорфе были проведены успешные опыты по изготовлению печат­ных проводников на основе этой техноло­гии. Постепенное даль­нейшее развитие этой технологии привело уже в конце 30-х годов к изготов­лению комплексных схем, со­держащих помимо проводников индуктивности, емко­сти и пе­чатные сопротивле­ния. Термин «печатная схема» относится к тому времени, когда при помощи трафаретной пе­чати на керамические подложки, по желаемому ри­сунку проводников, наносили пасты из металлического порошка (преимущественно на ос­нове серебра со смолистыми связующи­ми), ко­торые использование этих первых пе­чатных схем (ограниченные возможности пайки элементов, низкая прочность сцепле­ния проводников на подлож­ке, малые размеры, высокие тепловые на­грузки при спе­кании) привели к тому, что эта техника не нашла ши­рокого рас­пространения. Лишь в последнее время в микроэлектронике она приобрела значе­ние в виде толстопленоч­ной технологии и, в меньшей степени, при изготовлении ке­рамических коммутационных плат.

В 1925 г. в США был выдан патент № 1582683 Ф. Т. Гармону, в котором была опи­сана обычная в наши дни техника травления. Этим был сделан первый шаг к дейст­вительно новой технике монтажа. Однако быстрое разви­тие этой техноло­гии началось лишь в начале сороковых годов, когда в Анг­лии П. Айслер разработал новый вариант технологии. Он исходил из извест­ного уже диэлектрика с металличе­ским покрытием и получал желаемый рису­нок проводников в процессе травления не­посредственно на по­верхности изоля­ционного основания. Несмотря на многочисленные, разработанные в прошлые десятилетия варианты изготовления ПП с применением масок (например, раз­личны­ми гальваническими способами, методом переноса, способом штампов­ки, чеканки и прессования), метод субтрактивного трав­ления фольги приобрел выдающееся значе­ние и широко применяется до сих пор. Главный недоста­ток техники травления за­ключается в том, что собственно цель — изготовле­ние структуры электромонтажа — достига­ется обходным путем, а именно по­средством стравливания определен­ных участ­ков металлического покрытия ба­зового материала. Поэтому неудивительно, что неодно­кратно предпринимались по­пытки изготавли­вать платы «прямым путем» при помощи ад­дитивного спо­соба, при­чем необходимо было сохранить плоскостную структуру и при­менение ма­сок. После многолетних целенаправленных разработок лишь в послед­ние годы удалось изгото­вить аддитивным способом высококачествен­ные ПП, кото­рые по своим техническим и экономическим параметрам смогли сравниться с изделиями, полученными химиче­ским методом.

Последней ступенью разработок при изготовлении плоскостных многослой­ных монтажных структур является способ наращивания, при котором ПП с не­сколь­кими монтажными плоскостями наращивается слой за слоем в едином технологи­ческом процессе (толстопленочная или тонкопленочная техноло­гия).

Под печатной платой понимают со­единение из изоляционного осно­вания и структурированных металлических слоев, которое служит для электро­мон­тажа эле­ментов и узлов, а также в большинстве случаев и для их ме­хани­ческого закрепле­ния.

Печатная плата с установленными на ней ЭРЭ представляет собой особую форму узлов и на­зывается печатным уз­лом.

Система электриче­ских соеди­нений в виде участков металли­ческого по­кры­тия, используе­мая вместо объем­ных проводни­ков, называется печат­ным монтажом.

Печатные платы состоят из одного или нескольких слоев, каждый из ко­то­рых пред­ставляет собой изоляцион­ный материал с односторон­ним или двухсто­ронним располо­жением печат­ных про­вод­ников. В мно­гослойных пе­чатных платах необходимы соедини­тельные изоляци­онные прокладки для ме­ханиче­ского соединения отдель­ных слоев платы и электрической изоляции то­ко­ведущих покрытий.

Проводники, лежащие в одной плос­кости, на­зы­вают печатным рисунком.

По функциональному назначению различают слои проводников:

§ сигнальные;

§ потенци­альные (заземление, питание),

§ экранирующие;

§ технологические.

По располо­жению:

§ внутренние слои;

§ внешние слои.

С точки зрения сборки в узлы различают для ПП стороны пай­ки и установки эле­мен­тов. Так как элементы с пленарными вы­водами могут устанавливаться с двух сто­рон ПП, то в этом слу­чае не различают стороны пайки и установки элементов.

Рис. 1. Схема конструкции многослойной печатной плплааты (МПП).   1- слой; 2 - изоляционная прокладка; 3 -экра­нирующий слой; 4- сигнальный слой: 5 - пе­чатный электрический соеди­нитель; 6 - сторона монтажа; 7 - прокла­дочная стеклоткань; 8 - ри­сунок распо­ложения выводов навесных элемен­тов; 9 - диэлек­трик; 10 - рисунок печатной платы со сто­роны пайки; 11- сторона пайки.

Ба­зовым направлением в ПП является на­правление пайки, которое у плат с печат­ными соединителями со­впадает с направлением уста­новки. Вышеприведенные термины поясняются на примере конструк­ции многослойной пе­чатной пла­ты, схематично представленной на рис. Кроме печатного монтажа, платы могут иметь следующие конструктивные эле­менты: § монтажные отверстия и контактные площадки; § переходные отверстия; § базовые отверстия; § базовые площадки и отверстия для механических элементов; § контактные площадки и кодирующие элементы для электрических соедините­лей; § внутренние контактные площадки; § печатные элементы (индуктивности, емкости, сопротивления); § теплопроводящие и теплоотводящие участки; § маркировку; § информационную маркировку, читаемую машиной; § маски для пайки, защитные покрытия мест пайки и лаковые защит­ные покры­тия. Так как печатные проводники на плате изолированы друг от друга диэлектриче­ским материалом с удельным сопротивлением около 10^11 Ом-см и относительной диэлектри­ческой постоянной от 3 до 6, индуктивности, емкости и вол­новоды могут изготовляться печатным спо­собом. Однако при этом между каждой па­рой провод­ников понижается электрическая прочность и возникают нежелательные воздейст­вия емкостных и индук­тивных связей. Выбором соответствующего диэлек­триче­ского материала и введением конструктивных мер подобные влия­ния могут быть успешно устранены.

Увеличение плотности монтажа, уменьшение длины проводников и возможность вы­полнения печатных элементов наряду с миниатюризаци­ей обеспечивают заметное по­вы­шение быстродействия (например, по­вышение скорости обработки данных). Ис­ключение проводов и свобод­но расположенных элементов обеспечивает повышенную устойчивость при вибрационных и ударных нагрузках, а, следовательно, повышенную надежность. Пу­тем равномерного расположения проводников могут быть значи­тельно сокращены опера­ции по контролю и наладке. Уста­новка элементов и их кон­троль также значительно об­легчаются вслед­ствие наглядного расположения элемен­тов и возможной маркировки мест установки элементов, проводников, измерительных и контрольных точек с помощью обо­значений, выполняемых краской или травлением. Защитные покрытия, представляющие собой, как правило, лаковые слои на основе канифоли, эпоксидных или полиэфирных смол, компен­сируют недостатки печатного монтажа. Они устраняют опасность обра­зова­ния электрических мостиков между слоями проводников, возникаю­щих вследствие за­грязнения и влаги, и защищают про­водники от воз­действия агрессивных сред.

Внедрение ПП привело к тому, что для электрических и электрон­ных узлов, изго­тав­ливаемых серийно, на передний план выдвигается не вид применяемого элек­тро­монтажа, а выбор подходящего типа ПП.

Использование ПП требует комплексного рассмотрения всех этапов производства, на­чиная с проектирования, подготовки и промышленного внедрения и кончая сборкой в электронные узлы. На рис. 2 представ­лена связь между проектированием ПП и конст­руи­рованием, между изготовлением оригинала рисунка проводников и техноло­гией, а также между изготовлением, контролем и ремонтом ПП и их местом в общей системе разра­ботки и производства электронных узлов.

Дата добавления: 2015-03-29