Разработка устройства охранной системы (стр. 4 )

ГОСТ 23.751-86 предусматривает пять классов точности печатных плат, и в конструкторской документации на печатную плату должно содержаться указание на соответствующий класс, который обусловлен уровнем технологического оснащения производства. Поэтому выбор класса точности всегда связан с конкретным производством. Попытка решить эту задачу в обратном порядке может привести к тому, что Ваш проект не будет реализован.

Табл.2.5. Параметры классов точности изготовления печатных плат

Условное обозначение	Номинальное значение основных параметров для класса точности
1	2	3	4	5
t, mm	0.75	0.45	0.25	0.15	0.1
S, mm	0.75	0.45	0.25	0.15	0.1
b, mm	0.3	0.2	0.1	0.05	0.025
f	0.4	0.4	0.33	0.25	0.2

("24") Где t - ширина печатного проводника;

S - расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка;

b - гарантированный поясок;

f - отношение номинального значения диаметра наименьшего из металлизированых отверстий, к толщине печатной платы.

Выпуск печатных плат 2-го и 1-ro классов осуществляется на рядовом оборудовании, а иногда даже на оборудовании, не предназначенном для изготовления печатных плат. Такие ПП с невысокими (и даже с низкими) конструктивными параметрами предназначены для недорогих устройств с малой плотностью монтажа. К этому классу относятся печатные платы любительского и макетного уровня, часто единичного или мелкосерийного производства.

Печатные платы 4-го класса выпускаются на высокоточном оборудовании, но требования к материалам, оборудованию и помещениям ниже, чем для пятого класса.

Изготовление печатных плат 5-ro класса требует применения уникального высокоточного оборудования, специальных (как правило, дорогих) материалов, безусадочной фотопленки и даже создания в производственных помещениях «чистой зоны» с термостатированием. Таким требованиям отвечает далеко не каждое производство. Но ПП небольшого размера могут выполняться по пятому классу на оборудовании, обеспечивающем получение плат четвертого класса. Комплексно решить все эти проблемы удается только на реальном производстве.

Печатные платы 3-ro класса - наиболее распространенные, поскольку, с одной стороны, обеспечивают достаточно высокую плотность трассировки и монтажа, а с другой — для их производства требуется рядовое, хотя и специализированное, оборудование.

В данном проекте была выбрана двусторонняя печатная плата на основе стеклотекстолита 3 класса точности. Ширина сигнальных проводников выбрана 0,25 мм, а шин питания и земли 1,25 мм. Выбранные диаметры монтажных и переходных отверстий и их поясков: 1 мм с 1,25 мм пояском и 0,5 мм с 0,75 мм пояском.

2.7. Выбор и описание технологии изготовления печатной платы

По способу формирования рисунка и создания токопроводящего покрытия методы изготовления печатных плат разделяются на две группы: субстрактивные и аддитивные (рис. 2.4).

2.7.1. Методы создания проводящего покрытия

В субстрактивных методах (основных) в качестве основания для печатных плат используются фольгированные диэлектрики, на которых проводящий рисунок формируется путем химического удаления фольги с непроводящих участков. Дополнительная химико-гальваническая металлизация монтажных отверстий привела к созданию комбинированных методов изготовления печатных плат. Эта группа методов занимает доминирующее положение, так как для их реализации разработаны высококачественные материалы с уменьшенной толщиной фольги и автоматизированные линии производства.

Рис 2.4. Классификация методов изготовления печатных плат

Аддитивные методы основаны на избирательном осаждении токопроводящего покрытия на диэлектрическое основание. По сравнению с субстрактивными они обладают следующими преимуществами: повышают плотность печатного монтажа (ширина проводников и пробельных участков составляет 0,13...0,15 мм и менее); устраняют подтравливание элементов печатного монтажа; экономят медь, химикаты для травления и снижают затраты на нейтрализацию сточных вод; упрощают технологический процесс благодаря устранению ряда технологических операций; улучшают равномерность толщины металлизированного слоя в отверстиях; уменьшают длительность производственного процесса и повышают его экономичность. Несмотря на описанные преимущества применение аддитивных методов в массовом производстве ограничено низкой скоростью процесса химической металлизации, интенсивным воздействием электролитов на диэлектрик, трудностью получения металлических покрытий с высокой адгезией к основанию.

По способу создания токопроводящего покрытия аддитивные методы разделяются на химические (аддитивные) и химико-гальванические (полуаддитивные). При химическом методе на каталитически активных участках поверхности заготовки происходит химическое восстановление ионов металла для обеспечения толщины покрытия в монтажных отверстиях не менее 25 мкм. В разработанных растворах скорость осаждения меди составляет примерно 2...4 мкм/ч, и для получения необходимой толщины процесс продолжается длительное время. Более производительным является химико-гальванический метод, при котором химическим способом выращивают тонкий (1...5 мкм) слой меди по всей поверхности платы или используют фольгированный диэлектрик с тонкомерной фольгой и химической металлизацией монтажных отверстий, а затем на подготовленную поверхность в соответствии с необходимым рисунком осаждают медь электрохимическим способом. Удаление тонкого слоя металла с пробельных участков происходит в результате его химического травления по всей поверхности заготовки.

Модифицированный полуаддитивный метод.

В обычной полуаддитивной технологии с использованием фольгированных диэлектриков (толщина фольги — от 5 мкм) после высверливания отверстий по всей поверхности спрессованной заготовки многослойной печатной платы из водных растворов выращивают тонкий слой химической меди толщиной не более 5 мкм. Для увеличения прочности слой утолщают медным гальваническим покрытием толщиной около 15 мкм (операция затяжки), а затем с помощью фотолитографии и операции гальванического осаждения основной меди формируют требуемый рисунок проводников. В модифицированном методе используются нефольгированные заготовки с предварительно просверленными отверстиями, на поверхности которых газофазным осаждением (в вакууме 10-2—10-3 Торр) выращивают подслой меди толщиной примерно в 1 мкм. Рисунок токопроводящих дорожек получают с помощью фотолитографии и последующего осаждения основной гальванической меди и оловянно-свинцового припоя без операции затяжки. Заключительные операции — удаление резиста и стравливание оставшегося подслоя меди.
Выбор химического осаждения из газовой фазы обусловлен низкой поступательной скоростью газовой смеси, равномерным обтеканием рельефа подложки и “вдавливанием” парогазовой смеси в глухие и сквозные отверстия. Все это обеспечивает высокое сцепление металла с поверхностью диэлектрической заготовки. Помимо меди в качестве подслоя используют никель, который близок к ней по параметрам кристаллической решетки и обладает большим сцеплением с диэлектриком подложки, высокими химической стойкостью и износоустойчивостью к стиранию.
Важную роль в новом методе играет прекурсор, который при низкой стоимости должен обеспечивать образование молекул восстановителей в ходе пиролиза, а также рост высококачественных пленок. В качестве прекурсора никеля использован тетракарбонил никеля (ТКН), Ni(CO)4 — летучее бесцветное вещество с температурой плавления —25оС и кипения +43оС. Из множества существующих прекурсоров меди первоначально был выбран формиат двухвалентной меди Cu(COOH)2 (For Cu II) — недорогая стабильная порошкообразная соль муравьиной кислоты. Это — нелетучее соединение, молекулы которого не могут участвовать в процессе меднения подложек вне зоны засыпки. Поэтому необходимо его дальнейшее разложение при нагреве с выделением формиата одновалентной меди — летучего соединения, молекулы которого в виде димеров при пиролизе образуют слои меди на подложке. В последующих экспериментах использовалась разработанная совместно с МГУ новая модификация For Cu II — криоформиат меди.
Осаждение подслоев меди или никеля проводили в режиме “роста из объема” при начальном вакууме 10-2—10-3 Торр. В этом случае длина свободного пробега молекул в газовой фазе вблизи поверхности роста (L) меньше толщины пограничного химического слоя (h), а поступательные скорости молекул близки к нулю [1]. Время совместного пребывания в пограничном слое молекул восстановителей, возникающих в результате пиролиза, и молекул кислорода из атмосферы реактора достаточно для связывания кислорода. В результате в пленках меди или никеля отсутствуют следы окислов. Таким образом, среда, окружающая поверхность роста, защищает наносимые слои меди или никеля от воздействия атмосферы реактора. Этим предлагаемый метод отличается от широко применяемого за рубежом режима “роста на поверхности” в глубоком вакууме при LLd (d — характеристический размер реактора).

("25") Качество газофазных покрытий оценивали по величине удельного сопротивления металлического подслоя, величине адгезии подслоя к диэлектрику заготовки и равномерности покрытия. Удельное сопротивление пленок меди, осажденных на кремниевые пластины с покрытием из нитрида кремния, не превышало 2.10-6 Ом. см, что близко к табличному значению (1,67.10-6 Ом. см), полученному при замерах в Центре ядерных исследований в Гренобле.

Адгезия меди к диэлектрической заготовке оценивалась по величине отрывного усилия паяных контактов к меди на подложке из изотропного полиимида. Значения адгезии в первых экспериментах по осаждению подслоев меди и никеля из газовой фазы, несмотря на эффективную механическую и химическую очистку поверхности заготовки, были низкими — 20 кГ/см2 для меди и 50 кГ/см2 для никеля.
Изучение процессов осаждения никеля из газовводов с разной температурой при постоянных температуре подложки и скорости потока молекул ТКН показало, что при температуре газовводов более 100оС пленки не растут. При снижении этой температуры с 60 до 30оС адгезия слоев повышалась. Очевидно, с увеличением температуры газовводов в газовой смеси происходит гомогенное образование микрочастиц (атомов, кластеров, микрочастиц металла, молекул прекурсора и их агрегатов), что ухудшает адгезию. Это подтверждают исследования образования никелевых кластеров и их роста, проведенные в Гипроникеле [3]. В ходе исследований было установлено, что в процессе пиролиза никеля образуются устойчивые осколки NiCO3, которые формируют большие молекулы, кластеры и микрочастицы вида Nim(CO)n. При m >12 рост идет без активации. По мере развития реакции разложения ТКН процесс формирования крупных молекул ускоряется. Размеры частиц увеличиваются за счет не только агломерации, но и диссоциации в газовой фазе исходных молекул ТКН на их поверхности. Для подавления гомогенных реакций газовводы охлаждали проточной водой. Это позволяло снизить температуру газовой смеси вблизи металлизируемых подложек. Чтобы сократить время движения паров ТКН к заготовке, использовалось струйное истечение из отверстий газовводов диаметром около 0,5 мм. При начальной звуковой скорости истечения паров ТКН 137 м/с скорость их у заготовки падала до нескольких метров в секунду, а расчетное время перемещения было равно примерно 1,5.10-3 с.
Полученные результаты учтены в конструкции установки никелирования. Лист с диэлектрическими заготовками крепили в раме, передвигавшейся вертикально между двумя рядами трубчатых тепловых электрических нагревателей, равномерно размещенных по всей длине установки, и двумя закрепленными в середине установки медными газовводами. Внутри газовводов помещали полые трубки с проточной водой. Заготовки до никелирования нагревали до 185—230оС. Затем укрепленную в верхней части установки раму с заготовками опускали с постоянной скоростью 1—15 см/мин. После этого открывали кран тонкого натекания, и в газовводы из внешнего источника поступали пары ТКН. Давление паров ТКН было постоянным по всей длине внутренней трубки и более чем в пять раз превышало давление в установке. Струйное истечение обеспечивало быстрый спад скоростей в небольшом реакционном объеме между никелируемыми заготовками и газовводами. Изменения конструкции и режимов осаждения позволили получить максимальные значения адгезии при никелировании полиимида — 400 кГ/см2 (средние — около 200 кГ/см2, минимальные — более 50 кГ/см2).

В первых экспериментах медь осаждали на горизонтально расположенные подложки из стеклопластика на основе эпоксидной смолы путем пиролиза For Cu II. Рост на поверхности сплошной сцепленной с подложкой пленки меди и тонкого слоя мелкодисперсного металла в виде чешуек и порошка свидетельствовал о совместном протекании гетерогенных и гомогенных реакций пиролиза. Сцепление медных покрытий было низким — около 15 кГ/см2. Причина слабой адгезии — квазивзрывной пиролиз частиц порошка исходного формиата, приводивший к значительным пересыщениям. Это вызывало появление частиц, размеры которых зависели от степени пересыщения и поступательной скорости парогазовой смеси у поверхности роста. Один из эффективных способов снижения пересыщения — уменьшение теплопроводности For Cu II. Совместно с кафедрой неорганической химии МГУ была проведена работа по синтезу новой модификации For Cu II с низкой насыпной плотностью. В результате получен криоформиат меди в виде глобул со средним диаметром 30 мкм, имеющих сотовую структуру (высота стенок — 1 мкм, толщина — 0,2 мкм). Низкая теплопроводность этого соединения обеспечивает постепенный и более медленный, по сравнению с компактным формиатом, пиролиз.
Повторное экспериментальное осаждение меди также проводили на горизонтально расположенные диэлектрические подложки в модифицированной установке с квазизамкнутым объемом (рис. 1). Было учтено, что для уменьшения времени пребывания молекул в реакторе и подавления гомогенных реакций перенос молекул исходного вещества, а также вынос молекул продуктов реакции из реактора должны быть конвективными. Для этого необходимо обеспечить близкую к звуковой скорость истечения газовой смеси и выполнить условие Рреактора I 2Ркамеры. Во всех экспериментах давление в резервуаре объемом 0,5 м3 при интенсивном газовыделении было не больше 0,5 Торр, а в реакторе — несколько десятков торр. Чтобы обеспечить непрерывный быстрый конвективный вывод продуктов реакции, объем реактора был на два порядка меньше объема рабочей камеры установки (0,005 м3). Нижнее значение температуры поверхности роста устанавливали по достигаемому совершенству кристаллической структуры слоя меди, а верхнее — по появлению недопустимого при эксплуатации печатных плат ухудшения свойств диэлектрика.
Реактор выполнен в виде двух расположенных одна над другой металлических прямоугольных емкостей с формиатом и заготовками, что позволяет нагревать их независимо друг от друга. После дегазации порошка и начала интенсивного образования For Cu I крышки емкостей смыкаются и происходит осаждение меди на заготовку. Выступ и вырез в боковых стенках верхней и нижней емкостей, соответственно, обеспечивали их плотное сцепление при смыкании. Нижняя емкость с исходным формиатом меди могла опускаться на 200 мм, верхняя была неподвижна. Заготовки крепили на внутренней поверхности верхней емкости и на дне нижней, под формиатом. Газообразные продукты реакции выводили через отверстия в крышке верхней емкости. Температура верхней и нижней емкостей, а также давление в камере, внутри которой находился реактор, непрерывно измерялись.
Чтобы обеспечить равенство скоростей образования и истечения газообразных продуктов пиролиза, необходимо, во-первых, вычислить скорость образования газообразной смеси СО2 и Н2 и, во-вторых, установить время интенсивного пиролиза t. Скорость образования газообразных продуктов пиролиза при постоянной массе загрузки формиата вычисляли из уравнения Менделеева-Клапейрона с учетом времени сохранения постоянного минимального давления в камере и того, что лишь 20% формиата двухвалентной меди превращается в летучий формиат одновалентной меди. Значение t определяли из экспериментальных кривых зависимости давления в камере и температуры реактора от времени осаждения. Чтобы сократить время пребывания газовой смеси в реакторе, скорость отвода продуктов реакции пиролиза должна быть близка к скорости их образования. Поскольку в процессе осаждения давление в реакторе постоянно, скорость истечения одинакова для всех отверстий. Отсюда следует, что основная характеристика конструкции реактора — число отверстий на единицу площади. Приравняв произведение проводимости отверстия на число отверстий к скорости образования газообразных продуктов пиролиза, получили значение плотности — 0,25 см-2, или одно отверстие диаметром 0,5 мм на 4 см2 площади дна реактора.
Благодаря применению криоформиата меди и быстрому выводу газообразных продуктов из реактора в камеру через короткие трубопроводы малого диаметра были выращены пленки с высоким кристаллическим совершенством, превосходящие по величине адгезии к диэлектрической заготовке клееную медную фольгу.
В ходе экспериментов была также изучена связь порообразования и адгезии, поскольку причины, вызывающие слабую адгезию и высокую концентрацию пор в слоях металла, наносимого методом химического осаждения из газовой фазы, одни и те же. Поверхность заготовки равномерно обтекалась парогазовой смесью с вектором скорости, перпендикулярным поверхности осаждения. Механизм образования пор изучался в процессе односторонней газофазной металлизации достаточно прозрачных полиимидных заготовок. Чтобы установить распределение пор по их диаметрам (рис. 2), на полиимидные заготовки толщиной около 100 мкм из газовой фазы осаждали пленки никеля или меди. После осаждения при оптимальных условиях (190—220оС) выбирали пять площадок площадью 1,0 или 0,25 см2 и фиксировали их положение на заготовках. При подсветке образца снизу с помощью микроскопа подсчитывали число светящихся точек с формой круга. Затем на поверхность образца осаждали слой гальванической меди толщиной 0,5 мкм и вторично подсчитывали число светящихся точек. Разность этих чисел равна числу пор размером до 1 мкм. Последовательно наращивая слои гальванической меди толщиной 0,5 мкм и подсчитывая светящиеся точки, устанавливали распределение пор по диаметрам. Эту методику можно использовать для пор, по форме близких к кругу, и при высоких значениях рассеяния электролита. При оптимальных режимах роста было обнаружено несколько сот пор размером до 1 мкм и лишь несколько — радиусом 4—5 мкм. Поры занимали всего 10-5 площади заготовки, что можно объяснить их аномально высокой концентрацией, вызванной повышенным, по сравнению с оптимальным, давлением и высоким пересыщением пара. Вследствие малой площади, занимаемой порами, они не могут оказывать влияния на адгезию. Следует отметить, что в технологии печатных плат поры не играют сколь-нибудь заметной роли, поскольку при толщине токоведущих дорожек не меньше 20 мкм их заращивает гальванически наносимый металл.

Согласно выдвинутой гипотезе [4], поры возникают в результате осаждения и дальнейшего разрастания гомогенно возникших микрочастиц на поверхности роста. При форме частицы, близкой к сфере, под ней образуется затененное пространство — застойная зона, где нет поступательного движения атомов металла. Массообмен этой зоны с остальным объемом реактора протекает диффузионно. Вследствие пониженной концентрации атомов металла (в проводившихся экспериментах — никеля) в затененной зоне критичные зародыши не возникают. Атомы металла мигрируют по поверхности подложки и закрепляются в зоне контакта с вогнутостью малого радиуса, а также на внешней поверхности свободной от них области. В результате на подложке образуется свободное от осаждаемого металла кольцо.

Итак, предложенный метод обладает рядом серьезных преимуществ по сравнению с традиционной полуаддитивной технологией. Он, в частности, обеспечивает высокие значения сцепления подслоя с диэлектриком (минимальное – более 50 кГ/см2, среднее — около 200 кГ/см2 против 30 кГ/см2 в лучшем случае для химической меди). Высокая равномерность металлизации поверхности отверстий позволяет наносить подслой в отверстия с отношением высоты к диаметру более 10. Благодаря большой скорости процесса газофазного осаждения и достаточно низким рабочим температурам (190—300оС) становится возможным формирование резкой границы раздела металл—подложка. Вследствие малой толщины стравливаемой пленки (1 мкм) исключено боковое подтравливание металлических токоведущих дорожек. Метод позволяет формировать токоведущие дорожки шириной менее 50 мкм, одновременно повышая вибростойкость, термопрочность, а следовательно, и надежность ПП. При обнаружении брака металлизации диэлектрические подложки можно многократно повторно использовать, полностью стравив металл с заготовки и проведя повторную операцию газофазной металлизации. И, наконец, количество шламов при очистке сточных вод уменьшается более чем в 40 раз (!).
Отмеченные достоинства метода позволяют утверждать, что он может стать основой новой, усовершенствованной промышленной полуаддитивной технологии изготовления печатных плат.

2.7.2. Методы нанесения печатного рисунка

Основное влияние на разрешающую способность и точность изготавливаемых печатных плат оказывает способ формирования рисунка печатного монтажа. Выбор способа определяется также конструкцией платы, производительностью оборудования и экономичностью процесса. Из всего множества на практике применяются только три способа получения рисунка платы: офсетная печать, сеткография и фотопечать.

Рис 2.5. Схема получения рисунка печатной платы методом офсетной печати:

1 — офсетный валик; 2 — валик для нанесения краски; 3 — краска; 4 — прижимной валик; 5 — устройство для нанесения краски (поднято); 6 — диэлектрик; 7 — медная фольга; в — основание; 9 — клише.

Способ офсетной печати состоит в изготовлении печатной формы, на поверхности которой формируется рисунок платы. Форма закатывается трафаретной краской с помощью специального валика, а затем печатный цилиндр, покрытый слоем офсетной резины, переносит краску с формы на подготовленную поверхность основания платы (рис. 2.5). Данный способ характеризуется высокой производительностью, применим в условиях массового и крупносерийного производства. К его недостаткам относятся высокая стоимость оборудования, необходимость использования квалифицированного обслуживающего персонала и трудность изменения рисунка платы.

Рис. 2.6. Схема получения рисунка печатной платы методом сеткографии:

1 — ракель; 2 — направление движения; 3 — рама; 4 — фиксатор подложки; 5 — подложка; 6 — основание; 7 — трафаретная краска; 8 — трафарет; 9 — нанесенный рисунок; 10 — зазор.

Сеткографический способ основан на нанесении специальной трафаретной краски на плату путем продавливания ее резиновой лопаткой (ракелем) через сетчатый трафарет, на котором необходимый рисунок образован ячейками сетки, открытыми для прохождения краски (рис. 2.6). Закрепление краски на заготовке осуществляется длительной сушкой в - конвейерных печах горячим (323...455 К) воздухом или под действием инфракрасного излучения. Способ обеспечивает высокую производительность и экономичен в условиях массового производства. Точность размеров проводников не хуже ±0,1 мм.

Способ фотопечати состоит в контактном копировании рисунка печатного монтажа с фотошаблона на основание, покрытое фоторезистом, аналогично процессу фотолитографии в ИМС. Способ используется при изготовлении плат с наивысшей точностью выполнения проводящего рисунка.

Базовый технологический процесс изготовления ДПП состоит из набора типовых технологических операций. Выбор операций определяется требованиями, предъявляемыми к готовым печатным платам, производительностью оборудования, условиями производства и экономической эффективностью процесса. Ниже рассмотрены назначение и основные методы выполнения технологических операций изготовления печатных плат.

Входной контроль материалов на предприятии—изготовителе печатных плат служит для обеспечения гарантированного качества получаемой продукции. При этом определяется соответствие физико-механических и эксплуатационных свойств материалов техническим условиям. Контролю подвергается каждая партия поступающего диэлектрика, фоторезиста, трафаретной печатной краски. Качество диэлектрических материалов оценивают визуально или путем проведения специальных испытаний. При визуальном осмотре проверяется отсутствие на поверхности фольги и диэлектрика трещин, царапин, проколов и других видимых дефектов. Электроизоляционные и механические свойства контролируются по стандартным методикам. При изготовлении заготовок их размеры определяются требованиями чертежа и наличием по всему периметру заготовки технологического поля. На последнем выполняются фиксирующие отверстия для базирования деталей в процессе изготовления и тестовые элементы. Ширина технологического поля не превышает 10 мм для ОПП и ДПП и 20...30 мм для МПП. Малогабаритные платы размещают на групповой заготовке с расстоянием между ними 5мм. Получают заготовки различными методами, выбор которых определяется типом производства. Подготовка поверхности заготовки включает очистку исходных материалов от оксидов, жировых пятен, смазки и других загрязнений, специальную обработку диэлектриков, а также контроль качества выполнения операций. В зависимости от характера и степени загрязнений очистку проводят механическими, химическими, электрохимическими, плазменными и другими методами или их сочетанием. ("26") Контроль качества подготовки металлических поверхностей заготовок оценивают по полноте смачивания их водой. Состояние диэлектрических поверхностей проверяют путем микроскопических исследований, измерения шероховатости, проведения пробной металлизации и оценки прочности ее сцепления с основанием. Получение защитного рисунка на поверхности платы в виде печатных элементов и пробельных мест осуществляется способами фотопечати, сеткографии и офсетной печати. Полученный рисунок контролируется визуально, а также с помощью различных оптических приборов на отсутствие дефектов. При обнаружении незначительных дефектов (пор, трещин, отверстий) их ретушируют лаком, а при невосстанавливаемом браке наносят повторно. Обработка монтажных отверстий производится с высокой точностью на специализированных одно-шпиндельных и многошпиндельных сверлильных станках с ЧПУ. От качества выполнения этой операции зависит качество последующих операций металлизации, а следовательно, и качество платы в целом. Сверление отверстий выполняют специальными спиральными сверлами из металлокерамических твердых сплавов. Обработка заготовок по контуру производится после полного изготовления платы. Чистовой контур получают штамповкой, обработкой на гильотинных ножницах, на станках с прецизионными алмазными пилами и фрезерованием. Для исключения повреждения рисунка платы при групповой обработке пакета заготовок между ними прокладывают картон, а пакет помещают между прокладками из листового гетинакса. Выходной контроль платы предназначен для определения степени ее соответствия требованиям чертежа и техническим условиям. Осуществляется выходной контроль внешнего вида, инструментальный контроль геометрических размеров, а также оценка точности выполнения отдельных элементов, проверка металлизации отверстий, определение целостности токопроводящих цепей и сопротивления изоляции. Чаще других встречаются такие дефекты, как короткое замыкание между элементами печатного монтажа, разрыв токопроводящих цепей, отслоение элементов печатного монтажа от диэлектрического основания, выход отверстия за пределы контактной площадки, коробление плат и др. Некоторые из этих дефектов определяются визуально. Геометрические характеристики платы — толщина, диаметр отверстий, расстояние между центрами, параметры коробления, габаритные размеры и смещение отверстий — контролируются с помощью стандартизованных инструментов. Проверку металлизации монтажных отверстий осуществляют разрушающим (на шлифах) или нейтрализующим методом, а экспрессную проверку — путем измерения омического сопротивления контактного перехода.

В данном проекте выбрана ДПП 3 класса точности с металлизации переходных отверстий. В качестве основания используется фольгированный диэлектрик на основе стеклотекстолита. Марка диэлектрика – СФ-1, толщина материала – (0,25 - 2,0 мм), толщина фольги – 35 или 50 мкм. Нанесение печатного рисунка производится сеткографическим методом, так как он наиболее экономичен и подходит по уровню качества. Выбран комбинированный позитивный способ создания токопроводящего покрытия.

2.8. Монтаж радиоэлементов на печатную плату устройства

Электромонтаж и электрические соединения занимают большое место в конструкции ЭВМ. Монтаж микросхем на печатные платы элементов первого уровня конструктивной иерархии, объединение элементов уровня 1 на платах уровня 2, элементов уровня 2 на платах уровня 3 и т. д. — всюду требуется использовать различные методы выполнения соединений и монтажа, которые призваны обеспечивать электрическую и механическую неразрывность схемы и конструкции ЭВМ. Так как число электрических соединений в современных машинах достигает десятков и сотен тысяч, то правильному выбору метода соединения и его надежности следует уделять большое внимание при разработке микроэлектронных вычислительных машин.

Электромонтаж: в конструкции ЭВМ должен: а) обеспечивать нормальную ее работу в заданных условиях механических и климатических воздействий; б) соответствовать техническим условиям, принципиальным и электромонтажным схемам, таблицам соединения; в) обеспечивать высокую надежность электрического соединения; г) допускать удобную и быструю замену вышедших из строя элементов; д) обеспечивать удобную и безопасную работу обслуживающего персонала при эксплуатации машины и ее ремонте; е) допускать возможность подключения контрольно-измерительной аппаратуры к любой точке схемы; ж) быть технологичным и выполненным с максимальным использованием автоматизации; з) иметь минимально короткие длины связей и малый уровень наводимых помех.

Электрическое соединение (паяное, сварное, изготовленное методом накрутки и т. д.) в микроэлектронных схемах должно: а) иметь прочность не ниже прочности соединяемых элементов; б) иметь минимальное омическое сопротивление; в) не изменяться со временем; г) при выполнении не вносить изменения в соединяемые элементы; д) не иметь материалов, вызывающих коррозию); е) контролироваться простыми и надежными средствами.

Все виды электрических соединений можно разделить на постоянные соединения, демонтаж которых неизбежно приводит к разрушению одного или обоих присоединяемых выводов, например сварка; полупостоянные соединения, например паяные, демонтаж которых требует применения специального инструмента или технологии и не приводит к разрушению выводов; временные, или быстроразъемные, соединения, например штепсельные контакты, в которых удержание штырьков обеспечивается силами трения и которые допускают большое число сочленений.

Присоединение пайкой. Выбор метода присоединения пайкой определяется конструкцией корпуса микросхемы и формой его выводов. Корпуса со штырьковыми выводами запаивают в металлизированные отверстия печатных плат в специальных установках многопозиционной пайки: волной припоя, общим и селективным погружением.

Традиционная техника пайки волной припоя выполняется чаще всего погружением компонента в ванну с припоем. Для пайки на коммутационных платах компонентов в ТПМК обычно применяется метод расплавления дозированного припоя. Пайка расплавлением припоя в парогазовой фазе в настоящее время уступает место пайке с инфракрасным нагревом, лазерная же пайка пока не получила распространения.

Пайка волной припоя

Пайка волной припоя появилась 30 лет назад и в настоящее время достаточно хорошо освоена. Она применяется только для пайки компонентов в отверстиях плат (традиционная технология), хотя некоторые изготовители утверждают, что с ее помощью можно производить пайку поверхностно монтируемых компонентов с несложной конструкцией корпусов, устанавливаемых на одной из сторон коммутационной платы.

Процесс пайки прост. Платы, установленные на транспортере, подвергаются предварительному нагреву, исключающему тепловой удар на этапе пайки. Затем плата проходит над волной припоя. Сама волна, ее форма и динамические характеристики являются наиболее важными параметрами оборудования для пайки. С помощью сопла можно менять форму волны; в прежних конструкциях установок для пайки применялись симметричные волны. При этом могут возникнуть множество проблем, связанных как конструкцией плат, так и с особенностями процесса пайки, а именно: непропаи и отсутствие галтелей припоя из-за эффекта затенения выводов компонента другими компонентами, преграждающими доступ волны припоя к соответствующим контактным площадкам, а также наличие полостей с захваченными газообразными продуктами разложения флюса, мешающих дозировке припоя.

Пайка двойной волной припоя

Совершенствование конструкции платы оказалось недостаточным для достижения высокого уровня годных при традиционных способах изготовления изделий с простыми компонентами, монтируемыми на поверхность обратной стороны плат. Потребовалось изменить технологический процесс пайки волной, внедрив вторую волну припоя. Первая волна делается турбулентной и узкой, она исходит из сопла под большим давлением.