Практические рекомендации по разработке печатных плат (стр. 2 )

tn— толщина печати.

Максимальная температура печатного монтажа может достигать 80 °С. Исходя из этой температуры и учитывая максимальное значение плотности тока в пе­чатных проводниках γ= 15, 20, 30 А/мм2 (в зависимости от количества слоев ПП), можно определить для заданного тока ширину печатного проводника.

Первым этапом производства ПП является ее компоновка и трассировка соединений — разработка чертежа ПП, на котором обозначены все будущие соединения. Если ПП двусторонняя или многослойная, то разрабатываются чертежи для каждой стороны или слоя. С чертежей изготавливаются фото­шаблоны. Под этим следует понимать не архаичное фотографирование листа с изображением проводника, а формирование управляющего файла для фотоплоттера. В главе 6 будут рассмотрены средства подготовки платы к производству.

Затем создается изображение печатных проводников — копирование фото­шаблона на фоточувствительный слой, печатание изображения защитной краской через сетчатый трафарет или с помощью офсетной формы, после чего создают печатные проводники.

В настоящее время в России используется три основных метода создания токопроводящего слоя:

o  химический, при котором производится вытравливание незащищенных участков фольги;

o  электрохимический, при котором методом химического осаждения созда­ется слой металла толщиной 1—2 мкм, наращиваемый затем гальваниче­ским способом до нужной толщины. При использовании этого способа одновременно с проводниками металлизируют стенки монтажных от­верстий и отверстий, которые можно использовать как перемычки меж­ду слоями;

o  комбинированный, при котором проводники получают травлением фоль­ги, а отверстия металлизируют электрохимическим методом.

Помимо перечисленных, существует ряд экзотических способов изготовле­ния плат, например: вжигание проводников, фрезерование проводников, которые, однако, применяются не очень широко.

При изготовлении односторонних ПП с невысокой плотностью монтажа более высокую производительность обеспечивает химический метод (трав­ление в FеС1з, СuС12 и др.). При повышенных требованиях к надежности и плотности монтажа, а также при изготовлении двусторонних и многослой­ных ПП чаще используется комбинированный метод.

Производство ПП включает в себя множество этапов. Это подготовка рабо­чей документации, разработка технологии изготовления, приобретение ис­ходных материалов и ЭРК, подготовка персонала и технологического участ­ка, оснастки, аппаратуры контроля качества и т. д. Рассматриваются основные этапы производства ПП.

На поверхность подготовленных заготовок ПП после нескольких циклов мойки и просушивания наносят фоторезист распылением или погружением. Фоторезист чувствителен к ультрафиолетовому излучению, поэтому все опе­рации можно выполнять при ярком желтом свете.

Затем на ПП накладывается фотошаблон и производится экспонирование. Экспонированный фоторезист смывается, а ПП протравливается в соответ­ствующем растворе. После чистовой обрезки внешних контуров платы в ней сверлят отверстия, а оставшийся фоторезист смывают.

Проводники и контактные площадки слегка подтравливаются (декапируют­ся), в результате чего становятся пригодными для дальнейшей работы с ПП.

Сверление отверстий обычно производится на многошпиндельных станках с ЧПУ с частотой вращения 40—60 тыс. об/мин. После мойки и обезжирива­ния переходные отверстия покрываются слоем меди толщиной 0,5—1 мкм, который затем электролитическим методом наращивается до 15—20 мкм. После этого электрохимическим методом производится металлизация от­верстий.

После промывки и повторного декапирования вся ПП покрывается защит­ным слоем припоя, серебра или золота. Готовые ПП обычно хранятся в ин­дивидуальной упаковке.

Если требуется повышенная надежность ПП, то применяются пистоны — пустотелые заклепки или штыри. Пистон обеспечивает электрическое со­единение печатных проводников на разных сторонах ПП и надежное закре­пление в отверстии вывода ЭРК или проводника. Применение пистонов и штырей удобно в случае использования элементов, подбираемых при регу­лировке.

В табл. 2.4 приводится краткое описание основных этапов изготовления пе­чатной платы.

Таблица 2.4. Основные этапы изготовления печатной платы

Этап	Описание процесса
	Это заготовка внутреннего слоя многослой­ной печатной платы. Диэлектрический мате­риал, например текстолит, ламинированный медной фольгой. Толщина меди обычно со­ставляет от 0,018 мм до 0,07 мм
	Следующий этап - нанесение пластичного фоточувствительного материала на заго­товку. Заготовка очищается и приготавли­вается к нанесению фоторезиста. Этот этап проходит в чистой комнате с желтым освещением
	На заготовке размещается фотошаблон. На ри­сунке изображена только его малая часть. Круг, часть которого изображена, впоследствии будет соединением с внутренним слоем. Изображе­ние на фотошаблоне — негативное по отноше­нию к будущей схеме. Под темными участками фотошаблона медь не будет удалена
	Участки поверхности, незащищенные фото­шаблоном, засвечиваются. Фотошаблон сни­мается. После этого засвеченные участки мо­гут быть удалены химическим путем
	Засвеченные участки резиста удаляются, ос­тавляя резист только в тех областях, где бу­дут проходить дорожки платы. Назначение резиста - защитить медь под ним от воздей­ствия травителя на следующем этапе
	Заготовка протравливается для удаления не­нужной меди. Резист, оставшийся на поверх­ности, предохраняет медь под ним от травле­ния. Вся незащищенная медь удаляется, оставляя диэлектрическую подложку. После травления дорожки схемы созданы, и внут­ренний слой имеет требуемый рисунок
	Резист удаляется, открывая невытравлен-ную медь. Теперь заготовка представляет собой полностью готовый внутренний слой. В нашем примере она будет вторым и третьим слоями будущей платы. На сле­дующем этапе на нее наносятся верхний и нижний слои платы
	На этом этапе внутренний слой является центром многослойной платы. Слои одно­стороннего текстолита добавляются сверху и снизу внутреннего слоя. Затем соединен­ные слои ламинируются под прессом при высокой температуре и давлении. Скрепле­ние происходит путем адгезии текстолита к внутреннему слою
	Плата сверлится там, где требуется металлиза­ция отверстий. В нашем примере отверстие просверлено сквозь площадку на втором слое. В то же время пересечения с рисунком третьего слоя нет. Взаиморасположение просверленных отверстий с рисунком слоев существенно
	Этот этап служит для покрытия отверстия тонким слоем металла. Проблема в том, что поверхность отверстия непроводящая. Для металлизации плата помещается в ванну, где плата полностью покрывается тонким слоем меди. Сущность процесса химическая, и в результате покрываются как диэлектриче­ские, так и металлические поверхности
	Далее плата покрывается резистом, который засвечивается через фотошаблон, и засве­ченные участки удаляются. Эти этапы анало­гичны описанным ранее с одним отличием: резист удаляется с участков, где будет нано­ситься медь. Следовательно, изображение на фотошаблоне должно быть позитивным
	Медь наносится на поверхность отверстия до толщины 0,25 мм. Слой меди, осажденной ра­нее на поверхность отверстия, достаточно тол­стый, чтобы проводить ток, необходимый для электоролитического осаждения меди. Это не­обходимо для надежного электрического со­единения сторон и внутренних слоев платы
	Оловянно-свинцовое электролитическое по­крытие выполняет две важные функции. Во-первых, оловянно-свинцовая смесь выступает резистом для последующего травления. Во-вторых, она защищает медь от окисления. Если плата производится не по процессу ЗМОВС, тогда эта смесь может быть рас­плавлена в печи для лужения дорожек
	Резист удаляется, оставляя оловянно-свинцовую смесь (припой) и нанесенную медь. Медь, покрытая припоем, сможет вы­держать следующий процесс травления и об­разовать рисунок платы
	На этом этапе припой используется как ре-зист для травления. Незащищенная медь удаляется, оставляя на плате рисунок буду­щей схемы
	Припой удаляется с поверхности меди, и пла­та очищается. Это начало процесса, назы­ваемого SMOBC (Solder Мask Оуег Ваге Соррег — маска поверх необработанной ме­ди). В других процессах оловянно-свинцовая смесь расплавляется для дальнейшего ис­пользования (лужение)
	Для защиты поверхности платы, где в даль­нейшем не потребуется пайка, наносится маска. Существует несколько типов масок и методов их нанесения. Фоточувствительная маска наносится тем же способом, что и фо­торезист, и обеспечивает высокую точность процесса. Шелкографический способ нане­сения не обладает такой точностью, но мате­риал маски более пластичен
	Припой наплавляется на незащищенную мас­кой медь, сохраняя ее от окисления. В отличие от других процессов под маской припоя не ос­тается. Плата SMОВС готова для заключитель­ных этапов: нанесения надписей методом шел-кографии, резки, тестирования и упаковки

Установка компонентов на плату называется комплектацией. Комплектация ПП вручную обычно производится при изготовлении относительно малых серий изделий. Если партия ПП мала, то комплектация всех элементов пла­ты производится одним человеком. Все детали располагаются на монтажном столе в специальных обозначенных ячейках, а сборка идет по эталонному образцу. Если идут большие серии, то используется конвейер.