Бесплатный фрагмент - Печатные платы

Вступление

Данный учебный материал был разработан для: студентов, инженеров, и даже самоучек, которые ходят научиться оформлять заказ на предприятия по производству печатных плат.

Состоит методическое пособие из четырех глав: «Классы точности печатных плат и их применение», «Характеристики печатных плат», «Подготовка печатной платы к отправке на производство», «Дополнение».

Первая глава позволит Вам получить некоторое общее представление о печатных платах применяемых в различных областях человеческой деятельности и их особенностях.

Вторая глава познакомит Вас с терминологией, и, благодаря ей, Вы уже не встретите ни одного незнакомого слова, в пунктах подачи заявки на производственное предприятие.

В третей главе мы правильно подготовим печатную плату к отправке в самой доступной программе, которая называется «Sprint Layout».

Четвертая глава написана для тех, кто хочет стать профессионалом. В ней описаны конструкторские требования, которые нужны тем, кто хочет получить поверхностный монтаж радиоэлектронных компонентов на поверхность печатной платы, выполненную автоматическим станком-роботом.

Для чего все это нужно? Ну в первую очередь, для того, чтобы создаваемые Вами проекты выглядели достойно. Ведь согласитесь, что печатная плата заказанная на предприятии выглядит красивее и серьезнее той, что сделано методом «Лазерного утюга» -радиолюбители поймут о чем я. Для всех остальных — картинка.

Классы точности печатных плат и области их применения

Для начала, небольшое «лирическое отступление». Многим известно, что печатные платы бывают: односторонними (лист медной фольги располагается на пластине из текстолита), двухсторонними (два листа медной фольги, между которыми располагается пластина из текстолита), многослойные (медная фольга располагается не только на двух сторонах платы, но и во внутренних слоях диэлектрика). см. Рис 1.

Существует некоторая небольшая классификация печатных плат на классы точности.

Класс точности печатной платы — условное цифровое обозначение, характеризующее наименьшие номинальные значения размеров элементов рисунка печатной платы и определяющее значения допусков на размеры этих элементов.

Класс точности печатной платы определяет значения ширины печатного проводника, гарантийного пояска контактной площадки, расстояния между печатными проводниками и другие правила проектирования. Все они представлены ниже. Рис 2.

Пример многослойной печатной платы с размеченными на ней параметрами. Рис 3.

Еще раз, повторим для себя, простыми словами…

Класс точности изготовления печатной платы определяет набор правил применимых к ее производству.

ГОСТ 23.751—86 предусматривает пять классов точности печатных плат.

В конструкторской документации на печатную плату должно содержаться указание на соответствующий класс, который обусловлен уровнем технологического оснащения производства. (P.s. — Возможность изготовления предприятием печатной платы, какого-либо класса точности, уточняйте у менеджера компании, в которую обращаетесь).

Из тринадцати, приведенных выше, параметров печатной платы, класс ее точности определяют пять из них:

t — ширина печатного проводника

S — расстояние между краями соседних элементов, проводящего ток, рисунка

b — гарантийный «поясок» сквозного отверстия (p.s — что это такое, смотрите на рисунке

Y — отношение номинального значения диаметра наименьшего из металлизированных отверстий к толщине печатной платы

d (±) — отклонение диаметра отверстия от номинального

Класс точности конкретной печатной платы определяется наличием хотя бы одного элемента конструкции, соответствующего значениям класса.

Первый класс точности

t = 0,75 мм.

S = 0,75 мм.

b =0,30 мм.

Y =0,40 мм.

d (±) с металлизацией = ± 0,10 мм.

с металлизацией без оплавления = ± 0,05 мм. — 0,15 мм.

с металлизацией и с оплавлением = нет.

Второй класс точности

t = 0,45 мм.

S = 0,45 мм.

b =0,20 мм.

Y =0,40 мм.

d (±) с металлизацией = ± 0,10 мм.

с металлизацией без оплавления = ± 0,05 мм. — 0,15 мм.

с металлизацией и с оплавлением ± 0,05, — 0,18.

О применении.

Выпуск печатных плат 1-го и 2-го классов точности осуществляется на рядовом оборудовании, а иногда даже на оборудовании, не предназначенном для изготовления печатных плат.

Такие печатные платы, «с низкими конструктивными параметрами», применяются для недорогих устройств с малой плотностью монтажа. К этому классу относятся печатные платы любительского и макетного уровня, часто единичного и мелкосерийного производства.

Третий класс точности

t = 0,25 мм.

S = 0,25 мм.

b =0,10 мм.

Y =0,33 мм.

d (±) с металлизацией = ± 0,05 мм.

с металлизацией без оплавления = ± 0 мм. — 0,10 мм.

с металлизацией и с оплавлением +0, — 0,13.

О применении.

Печатные платы 3-го класса точности получили самое широкое распространение, поскольку, с одной стороны, обеспечивают достаточно высокую плотность трассировки и монтажа, а с другой — для их производства необходимо рядовое, хотя и специализированное, оборудование.

В основном их используют для микросхем со штыревыми и планарными выводами рис 4. при средней и высокой насыщенности поверхности печатной платы элементами. Примеры: измерительные приборы широкого потребления, бытовая техника и т. д…

Четвертый класс точности

t = 0,15 мм.

S = 0,15 мм.

b =0,05 мм.

Y =0,025 мм.

d (±) с металлизацией = ± 0,05 мм.

с металлизацией без оплавления = ± 0 мм. — 0,10 мм.

с металлизацией и с оплавлением +0, — 0,13.

О применении.

Четвертый класс печатных плат используется при высокой насыщенности поверхности печатных плат микросхемами с выводами и без них. Примеры: микро-электроника (часы, игровые приставки, компьютерная техника и так далее).

Пятый класс точности

t = 0,10 мм.

S = 0,10 мм.

b =0,025 мм.

Y =0,020 мм.

d (±) с металлизацией = ± 0,05 мм (± 0,025).

с металлизацией без оплавления = +0 мм. — 0,10 мм (+0 мм. ‒0,075 мм.).

с металлизацией и с оплавлением +0, — 0,13.

О применении.

Изготовление печатных плат 5-го класса точности требует применения уникального высокоточного оборудования, специальных, как правило, дорогих материалов, безусадочной фотопленки и даже создания в производственных помещениях «чистой зоны» с термостатированием. Таким условиям отвечает далеко не каждое производство. Но печатные платы небольшого размера могут выполняться по 5-ому классу на оборудовании, обеспечивающем получение плат 4-го класса. Примеры: космическая отрасль, измерительные приборы высочайшей точности, передовые гаджеты и так далее…

Примечание: существуют также прецизионные и гибкие печатные платы, а также печатные кабеля — все это не будет рассматриваться в данном пособии, желающие могут обратиться за информацией об этом в глобальную сеть.

• Хоть и первое прочтение данной главы занимает от 10 до 15 минут, ее повторное использование подразумевает секундный обзор для того, чтобы при известных характеристиках вашей печатной платы, вы могли отнести ее к какому-либо классу точности, и уточнить у менеджера предприятия возможность изготовления данной платы.

Некоторые могут возразить, что для этого можно отправить набор файлов печатной платы на предприятие, но я вас уверяю — звонок менеджеру с вопросом из одного предложения займет гораздо меньше времени…

Характеристики печатных плат

Введение

В этой главе будет произведен обзор всех возможных терминов, на которые вы можете натолкнуться, оформляя заказ печатной платы на сайте производителя, и задача этой части книги заключается в том, чтобы донести до вас значение каждого из них. После прочтения, вы будете четко осознавать, какой производственный процесс стоит за каждым, выбранном вами, пунктом.

По пунктам

Вид платы

Без панелизации — единичная плата или комплект плат (в упаковке), которые не нужно дополнительно обрабатывать.

Панелью — лист, на котором размещено несколько однотипных плат или комплектов плат (то есть, на одном листе вы можете получить несколько разных печатных плат).

Механическая обработка

Фрезерование (обработка печатной платы торцевыми фрезами) — это метод, оформления контура печатной платы в виде эллипса, круга, прямых и косых линий. Разделение плат при этом, можно осуществить, если обработать контур платы на 95%, при этом плата остаётся висеть на не больших перемычках. В этом случае допускается выламывать отдельные платы из заготовки вручную, после монтажа. (P.S — к этой функции необходимо прибегать, если ваша плата имеет нестандартную форму по типу: цветочек, бабочка, круг, треугольник и так далее).

Cкрайбирования (надрез панелей с двух сторон дисковыми фрезами для нужд автоматического монтажа то есть получая комплект вы можете отделять платы руками) — является наилучшим способом разделения плат. В большинстве случаев выглядит это в виде двухсторонней V — образной над резкой. Для разделения таких плат используется специальное оборудование для до резки рис.5.

Данная технологическая операция характеризуется несколькими параметрами рис.6.

s — толщина остаточной перемычки.

Ширину рабочего поля и зазор между платами вы сможете выбрать при заказе, а вот ширину разреза, которая зависит от толщины насадки режущего станка — не всегда (на некоторых предприятиях ограничен выбор этого параметра, в силу отсутствия оборудования, поэтому данную информацию лучше уточнить у менеджера).

Типы печатных плат

В этой главе речь пойдет о трех из четырех типов печатных плат: плата без фольги, одно или двухслойная печатная плата, многослойная печатная плата.

Гибкие печатные платы — отложим пока на потом.

Печатная плата без фольги

Такая плата представляет из себя конструктивную деталь из диэлектрического материала, в которой вы сможете оставить посадочные отверстия для ваших радиодеталей, но при этом соединять их между собой придется проводками, так как дорожки сделать на такой плате за не имением токопроводящей медной фольги — не получится.

Такие печатные платы, в наш век микро и наноэлектроники, практически не используют.

Основные параметры печатной платы без фольги.

Материал.

Далее будет приведен список основных материалов базы. Для визуализации ниже приведен рисунок, с отмеченной частью платы, о которой пойдет речь рис 7.

Итак, основные материалы базы: FR4 (стандартный материал), Alu5052 TC1, RO4003C, RO4350B, AP8515E, AP8515R, AD255, ФАФ-4Д, AD1000, T111 (1100), T112 (5052), AD 250.

FR4 (стандартный материал) — это стеклотекстолит, который является упругим слоистым пластиком, производящимся методом горячего прессования из стеклоткани, пропитываемой связующим веществом на основе фенолформальдегидной и эпоксидной смол. Стеклотекстолит является наиболее распространенным материалом для производства печатных плат.

Alu5052 TC1 — (анодированный алюминий покрытый, с одной стороны, диэлектрическим материалом. P.s — маркировка " 5052 TC1» предназначена для обозначения параметров материала) — такие печатные платы применяются в силовой электронике для эффективного теплоотвода от электронных компонентов, при этом металлическое основание платы крепится к радиатору.

RO4003C и RO4350B — (углеводородная керамика) — серия RO4000 — армированные материалы на основе термореактивного полимера с добавлением керамики. Эта серия СВЧ-материалов была разработана, чтобы, с одной стороны, обеспечить качественные СВЧ-характеристики, сравнимые с таковыми у фторопласт содержащих материалов, и, с другой стороны, максимально упростить технологию изготовления плат, то есть сделать ее совместимой с традиционной технологией обработки армированного текстолита (FR4). Материалы серии RO4000 по своей сути являются армированным стекловолокном с высокой температурой стеклования (Tg> 280° C) и наполнением из термореактивного полимера с добавлением керамики.

RO4403C и RO4450B входят в серию RO4000 и являются препрегами, которые позволяют строить многослойные структуры на их основе. (P.S — Препреги — это композиционные материалы-полуфабрикаты).

Как уже было отмечено ранее — группа RO4000 относится к СВЧ — материалам. (СВЧ — сверх высокие частоты). СВЧ-материалы в качестве плат используют для техники работающей на сверхвысоких частотах.

Сверхвысоких частот техника или техника СВЧ связана с изучением и использованием свойств электромагнитных колебаний и волн в диапазоне частот от 300 Мгц до 300 Ггц. Эти границы условны: в некоторых случаях нижней границей диапазона СВЧ считают 30 Мгц, а верхней — 3 Тгц.

Техника такого рода решает задачи: связанные с областями: радиосвязи, телевидения, радиолокации, радионавигации, радиоуправления, технической диагностики, вычислительной техники; применяются в промышленной технологии, бытовых приборах, в медицинском, биологическом и химическом оборудовании, при передаче энергии.

СВЧ устройства и системы используются в том числе как мощный инструмент во многих научных исследованиях, проводимых в радиоспектроскопии, физике твёрдого тела, ядерной физике, радиоастрономии и др.

AP8515E и AP8515R — разновидность материалов, которые служат в качестве основы для гибко-жестких печатных плат. Гибко-жесткие печатные платы находят широкое применение в современных устройствах благодаря ряду преимуществ: повышение надежности соединений, уменьшение массы и габаритов устройств, возможность встраивания в корпус сложной формы, упрощение монтажа и последующей эксплуатации устройств.

AD255, AD1000, AD250 — Изделия серии AD — это армированные стекловолокном материалы на основе ПТФЭ, которые обеспечивают контролируемую диэлектрическую проницаемость, низкие потери и очень хорошие производительность пассивной интермодуляции (PIM). Такие печатные платы используют в устройствах приема и передачи в качестве антенн.

ФАФ-4Д — Листы ФАФ-4Д представляют собой армированный стеклотканью фторопласт (изготавливается прессованием слоёв лакоткани марки Ф-4Д-Э01-А 1-го сорта). Находит широкое применение в качестве оснований печатных плат, работающих в диапазоне СВЧ, в качестве электрической изоляции для печатных элементов приемно-передающей аппаратуры, способны длительно работать в интервале температур от минус 60°С до плюс 250°С.

T111 (1100), T112 (5052) — материалы на алюминиевой

основе. В состав композитов входят: импортные алюминий и фольга, диэлектрик без стеклоткани.

Мы предлагаем изготовление печатных плат на алюминиевой основе для проектов требующих решения задач отвода избыточного тепла, в основном в области освещения. Наиболее часто они используются в изделиях, которые требуют эффективного рассеивания внушительной тепловой мощности. Одним из основных направлений считаются специализированные платы с достаточно мощными SMD светодиодами.

Подведем итоги этого пункта: мы рассмотрели один из параметров печатной платы без фольги, этот параметр называется — материалом базы.

По скольку печатная плата без фольги состоит только из материала базы то из не перечисленных у такой платы остается только одна характеристика — толщина, которая в зависимости от материала имеет свой диапазон: для стандартного текстолита например: от 3 — 0.6 мм, с шагом 0.05 — а для AP8515E, только 0.025 мм.

Толщина платы выбирается в зависимости от потребностей, например таких как: желаемый вес, прочность и так далее…

Одно или двухслойная печатная плата

Однослойная печатная плата состоит из материала основания, на который нанесен слой медной фольги. Двухслойная печатная плата отличается от первой тем, что медная фольга нанесена по обе стороны материала основания. Рис 8.

Часто двухслойную печатную плату называют однослойной с двухсторонним доступом.

Основные параметры однослойной или двухслойной печатной платы.

Тип материала базы: не полный список материалов базы был перечислен ранее.

Количество слоев фольги: в этом пункте вы выбираете: будет ваша плата однослойной, или медная фольга будет с обеих сторон.

Толщина платы: доступен широкий диапазон значений, которые зависят от материала базы, выбранного ранее.

Толщина фольги: доступен диапазон значений, зависящий от: толщины платы, выбора материала основания, количества слоев фольги.

После того, как вы определитесь с основными параметрами вашей печатной платы, нужно указать цвет паяльной маски и маркировки.

Паяльная маска печатной платы — слой прочного материала, предназначенного для защиты проводников от попадания припоя и флюса при пайке, а также от перегрева. Маска закрывает проводники и оставляет открытыми контактные площадки и ножевые разъемы. Именно цвет паяльной маски делает печатную плату: зеленой, черной, красной и так далее рис 9…

Маркировка печатной платы — нанесенные на печатную плату надписи для идентификации монтируемых радиоэлектронных компонентов. Кроме этого, маркировкой на плату может быть нанесена любая надпись: даже ваши имя и фамилия рис 10